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Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Chemie (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 01.12.1989 i.d.F. vom 05.02.2004) Die Länder werden gebeten, die neugefassten Einheitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung (EPA) für die Fächer Biologie, Physik, Chemie, Informatik, Französisch, Italienisch, Spanisch, Russisch, Türkisch und Dänisch spätestens zur Abiturprüfung im Jahre 2007 umzusetzen. (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 12.03.2004) Inhaltsverzeichnis Fachpräambel 3 I Festlegungen für die Gestaltung der Abiturprüfung 5 1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 5 1.1 Fachliche und methodische Kompetenzen 5 1.2 Fachliche Inhalt 6 1.2.1 Themenbereiche 6 1.2.2 Basiskonzepte 7 1.3 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungsfach 7 1.3.1 Anforderungen 7 1.3.2 Aufgabenbeispiele für die Differenzierung 8 2 Anforderungsbereiche 2.1 Allgemeine Hinweise 10 2.2 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche 10 3 Schriftliche Prüfung 15 3.1 Allgemeine Hinweise 15 3.2 Hinweise zum Erstellen einer Prüfungsaufgabe 16 3.3 Beschreibung der zu erwartenden Prüfungsleistung 17 3.4 Bewertung der Prüfungsleistung 18 1

EPA Chemie - kmk. · PDF fileAbiturprüfung (EPA) für die Fächer Biologie, Physik, Chemie, Informatik, Französisch, Italienisch, ... 3.3 Beschreibung der zu erwartenden Prüfungsleistung

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Einheitliche Pruumlfungsanforderungen in der Abiturpruumlfung

Chemie

(Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 01121989 idF vom 05022004)

Die Laumlnder werden gebeten die neugefassten Einheitlichen Pruumlfungsanforderungen in der Abiturpruumlfung (EPA) fuumlr die Faumlcher Biologie Physik Chemie Informatik Franzoumlsisch Italienisch Spanisch Russisch Tuumlrkisch und Daumlnisch spaumltestens zur Abiturpruumlfung im Jahre 2007 umzusetzen (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 12032004)

Inhaltsverzeichnis

Fachpraumlambel 3

I Festlegungen fuumlr die Gestaltung der Abiturpruumlfung 5

1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 5

11 Fachliche und methodische Kompetenzen 5

12 Fachliche Inhalt 6

121 Themenbereiche 6

122 Basiskonzepte 7

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungsfach 7

131 Anforderungen 7

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung 8

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise 10

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche 10

3 Schriftliche Pruumlfung 15

31 Allgemeine Hinweise 15

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe 16

33 Beschreibung der zu erwartenden Pruumlfungsleistung 17

34 Bewertung der Pruumlfungsleistung 18

1

4 Muumlndliche Pruumlfung 19

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung 19

42 Kriterien fuumlr die Bewertung 20

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente 20

431 Besonderheiten 20

432 Bewertung 21

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche 21

II Aufgabenbeispiele 22

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung 22

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach 22

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge 22

112 Sanitaumlr-Silikon 28

113 Luftbatterie 34

114 Sulfasalazin 38

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach 41

121 Chemische Reinigung 44

122 Untersuchung eines Backtriebmittels 48

123 Citronensaumlure

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung 52

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs 52

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen 52

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs 55

221 Puffersysteme 55

222 Tenside 59

2

Fachpraumlambel

Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) beschreibt die grundlegenden Anforderungen an den Unterricht im mathematisch-naturwissenschaftlichshytechnischen Aufgabenfeld

bdquoIm mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Aufgabenfeld sollen Verstaumlndnis fuumlr den Vorgang der Abstraktion die Faumlhigkeit zu logischem Schlieszligen Sicherheit in einfachen Kalkuumllen Einsicht in die Mathematisierung von Sachverhalten in die Besonderheiten naturwissenschaftlicher Methoden in die Entwicklung von Modellvorstellungen und deren Anwendung auf die belebte und unbelebte Natur und in die Funktion naturwissenschaftlicher Theorien vermittelt werdenldquo

Das Fach Chemie traumlgt dazu bei indem es auf verschiedenen Ebenen ein strukturiertes Wissen uumlber die stoffliche Welt und die Gesetzmaumlszligigkeiten der Umwandlung von Stoffen vermittelt Der Chemieunterricht traumlgt nicht nur zum fachspezifischen Erkenntnisgewinn bei Durch die Verknuumlpfung grundlegender Erkenntnisse und Arbeitsweisen aus Chemie Biologie und Physik unter Anwendung von Methoden der Mathematik erlangen die Schuumllerinnen und Schuumller ein rationales naturwissenschaftlich begruumlndetes Weltbild

Als wesentliche Grundlage technischer oumlkologischer und wirtschaftlicher Entwicklungen eroumlffnet die Chemie Wege fuumlr die Gestaltung unserer Lebenswelt und somit zur Verbesserung unserer Lebensqualitaumlt Chemische Erkenntnisse und Methoden sind infolgedessen integraler Bestandteil einer fundierten naturwissenschaftlichen Grundbildung die als Hilfe zur Bewaumlltigung der eigenen selbstgestalteten Lebenssituation und zur Bewaumlltigung der globalen Probleme der Menschheit verstanden wird

Die Chemie ist stark empirisch gepraumlgt wobei dem Experimentieren und Erforschen eine entscheidende Rolle im Erkenntnisprozess zukommt Dieses chemiespezifische Handeln lernen Schuumllerinnen und Schuumller indem sie selbststaumlndig taumltig werden und ihre Versuchs- und Messergebnisse erfassen und auswerten Das Interpretieren von Ergebnissen auf der Ebene von Modellvorstellungen eroumlffnet ein tieferes Verstaumlndnis der Stoffeigenschaften und Strukturen Dies ermoumlglicht die Erschlieszligung chemischer Reaktionen auf atomarer oder molekularer Ebene

Die in der Abiturpruumlfung eingeforderten Kompetenzen koumlnnen nur eingebracht werden wenn der Unterricht den nachfolgend dargestellten fachlichen und methodischen Grundsaumltzen entspricht Dies bedeutet dass neben dem Beherrschen der Fachsprache der Modellvorstellungen der chemischen Verfahren und Mathematisierungen auch das eigenstaumlndige Loumlsen Beurteilen und Bewerten ermoumlglicht wird Dazu muumlssen in der Pruumlfung Aufgaben mit offenen und komplexen Teilaufgaben gestellt werden die vernetztes Denken erfordern und somit unterschiedliche Loumlsungswege ermoumlglichen

Zur Sicherung eines einheitlichen und angemessenen Anforderungsniveaus in den Pruumlfungsaufgaben enthalten die Einheitlichen Pruumlfungsanforderungen fuumlr das Fach Chemie

- eine Beschreibung der Pruumlfungsgegenstaumlnde dh der nachzuweisenden Kompetenzen sowie der fachlichen Inhalte an denen diese Kompetenzen eingefordert werden sollen

- Kriterien mit deren Hilfe uumlberpruumlft werden kann ob eine Pruumlfungsaufgabe das anzustrebende Anspruchsniveau erreicht

3

- Hinweise und Aufgabenbeispiele fuumlr die Gestaltung der schriftlichen und muumlndlichen Pruumlfung sowie zu alternativen Pruumlfungsformen

Als Hilfsmittel fuumlr die Konstruktion von Pruumlfungsaufgaben sowie fuumlr die Gestaltung der muumlndlichen Pruumlfung und alternativer Pruumlfungsformen dient die Beschreibung von drei Anforderungsbereichen Mit ihrer Hilfe und nach Maszliggabe des vorangegangenen Unterrichts dem die Lehrplaumlne der Laumlnder zugrunde liegen werden die Pruumlfungsinhalte ausgewaumlhlt und Pruumlfungsaufgaben gestellt

4

I FESTLEGUNGEN FUumlR DIE GESTALTUNG DER ABITURPRUumlFUNG

1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 11 Fachliche und methodische Kompetenzen Die Anforderungen fuumlr die schriftliche und muumlndliche Pruumlfung sowie fuumlr alternative Pruumlfungskomponenten sind so zu gestalten dass ein moumlglichst breites Spektrum von Kompetenzen an geeigneten Inhalten uumlberpruumlft werden kann Diese werden in den nachfolgend beschriebenen Kompetenzbereichen des Faches Chemie vermittelt und uumlberpruumlft

Fuumlr die Bearbeitung von Pruumlfungsaufgaben im Grund- und Leistungskursfach sind die folgenden fachspezifischen und allgemeinen naturwissenschaftlichen Kompetenzen erforderlich

Kompetenzbereich Fachkenntnisse (Chemisches Wissen anwenden)

Die Pruumlflinge - nennen Fakten Begriffe Gesetze und Theorien zu Stoffumwandlungen - erkennen die Zusammenhaumlnge zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der

Stoffe - wenden Kenntnisse uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit chemischer

Reaktionen an - erkennen und nutzen Moumlglichkeiten der vertikalen Vernetzung innerhalb der Chemie

sowie der horizontalen Vernetzung mit anderen Unterrichtsfaumlchern - strukturieren erworbenes Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der

Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (siehe 12)

Kompetenzbereich Fachmethoden (Erkenntnismethoden der Chemie nutzen)

Die Pruumlflinge - koumlnnen selbststaumlndig chemische Experimente planen durchfuumlhren beobachten

beschreiben und auswerten - wenden geeignete Modelle zur Beschreibung und Erklaumlrung chemischer Sachverhalte

an - interpretieren chemische Reaktionen auf der Teilchenebene - koumlnnen Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell

uumlberpruumlfen - wenden mathematische Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer

chemischer Aufgaben an - nutzen den Computer zum Messen zur Modellbildung zur Berechnung oder zur

Simulation

Kompetenzbereich Kommunikation (in Chemie und uumlber Chemie kommunizieren)

Die Pruumlflinge - beschreiben und veranschaulichen konkrete chemische Sachverhalte unter

angemessener Nutzung der Fachsprache

5

- argumentieren sachlogisch und begruumlnden schluumlssig chemische Sachverhalte und Fragestellungen

- praumlsentieren chemisches Wissen eigene Standpunkte und Uumlberlegungen sowie Lern-und Arbeitsergebnisse adressaten- und situationsgerecht

- stellen chemische Sachverhalte und Erkenntnisse in unterschiedlicher Form (Symbole Formeln Gleichungen Tabellen Diagramme Grafen Skizzen Simulationen) dar

- interpretieren Fachtexte und grafische Darstellungen und koumlnnen daraus Schluumlsse ziehen

- nutzen Informationsquellen erkennen Kernaussagen waumlhlen Informationen gezielt und kritisch aus und verknuumlpfen diese mit dem erworbenen Wissen

Kompetenzbereich Reflexion (uumlber die Bezuumlge der Chemie reflektieren)

Die Pruumlflinge - betrachten Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und bewerten diese

sachgerecht auf der Grundlage chemischer Kenntnisse - eroumlrtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger

Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen - erkennen und beschreiben die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der

angewandten Chemie fuumlr die Ernaumlhrungssicherung Energieversorgung Werkstoffproduktion sowie in der Informations- und Biotechnologie

- nutzen chemische Kenntnisse zur Erklaumlrung von Lebensvorgaumlngen - beurteilen Technikfolgen wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreislaumlufe im Sinne der

Nachhaltigkeit

12 Fachliche Inhalte Grundlage fuumlr die Abiturpruumlfung im Fach Chemie sind die nachstehend genannten fachlichen Inhalte Hierbei wird zwischen Themenbereichen mit den zugehoumlrigen fachbezogenen Inhalten und Basiskonzepten unterschieden Diese gelten fuumlr den Leistungskurs und fuumlr den Grundkurs gleichermaszligen als verbindliche Pruumlfungsgegenstaumlnde

121 Themenbereiche Beim Nachweis der fachlichen Kompetenzen kommt den unter den folgenden Themenbereichen angeordneten fachbezogenen Inhalten nach Maszliggabe der Lehrplaumlne bzw Rahmenplaumlne der Laumlnder besondere Bedeutung zu Sie werden fuumlr die Abiturpruumlfung vorausgesetzt

A) Stoffe Struktur und Eigenschaften Verbindungen mit funktionellen Gruppen natuumlrliche und synthetische Stoffe mit makromolekularem Aufbau chemische Bindung Strukturen ausgewaumlhlter organischer und anorganischer Stoffe

B) Chemische Reaktionen Protonenuumlbergaumlnge Elektronenuumlbergaumlnge Reaktionsmechanismen energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen

C) Arbeitsweisen der Chemie

6

Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

7

Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

8

- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

9

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

10

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

14

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

17

Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

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ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

4 Muumlndliche Pruumlfung 19

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung 19

42 Kriterien fuumlr die Bewertung 20

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente 20

431 Besonderheiten 20

432 Bewertung 21

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche 21

II Aufgabenbeispiele 22

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung 22

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach 22

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge 22

112 Sanitaumlr-Silikon 28

113 Luftbatterie 34

114 Sulfasalazin 38

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach 41

121 Chemische Reinigung 44

122 Untersuchung eines Backtriebmittels 48

123 Citronensaumlure

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung 52

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs 52

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen 52

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs 55

221 Puffersysteme 55

222 Tenside 59

2

Fachpraumlambel

Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) beschreibt die grundlegenden Anforderungen an den Unterricht im mathematisch-naturwissenschaftlichshytechnischen Aufgabenfeld

bdquoIm mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Aufgabenfeld sollen Verstaumlndnis fuumlr den Vorgang der Abstraktion die Faumlhigkeit zu logischem Schlieszligen Sicherheit in einfachen Kalkuumllen Einsicht in die Mathematisierung von Sachverhalten in die Besonderheiten naturwissenschaftlicher Methoden in die Entwicklung von Modellvorstellungen und deren Anwendung auf die belebte und unbelebte Natur und in die Funktion naturwissenschaftlicher Theorien vermittelt werdenldquo

Das Fach Chemie traumlgt dazu bei indem es auf verschiedenen Ebenen ein strukturiertes Wissen uumlber die stoffliche Welt und die Gesetzmaumlszligigkeiten der Umwandlung von Stoffen vermittelt Der Chemieunterricht traumlgt nicht nur zum fachspezifischen Erkenntnisgewinn bei Durch die Verknuumlpfung grundlegender Erkenntnisse und Arbeitsweisen aus Chemie Biologie und Physik unter Anwendung von Methoden der Mathematik erlangen die Schuumllerinnen und Schuumller ein rationales naturwissenschaftlich begruumlndetes Weltbild

Als wesentliche Grundlage technischer oumlkologischer und wirtschaftlicher Entwicklungen eroumlffnet die Chemie Wege fuumlr die Gestaltung unserer Lebenswelt und somit zur Verbesserung unserer Lebensqualitaumlt Chemische Erkenntnisse und Methoden sind infolgedessen integraler Bestandteil einer fundierten naturwissenschaftlichen Grundbildung die als Hilfe zur Bewaumlltigung der eigenen selbstgestalteten Lebenssituation und zur Bewaumlltigung der globalen Probleme der Menschheit verstanden wird

Die Chemie ist stark empirisch gepraumlgt wobei dem Experimentieren und Erforschen eine entscheidende Rolle im Erkenntnisprozess zukommt Dieses chemiespezifische Handeln lernen Schuumllerinnen und Schuumller indem sie selbststaumlndig taumltig werden und ihre Versuchs- und Messergebnisse erfassen und auswerten Das Interpretieren von Ergebnissen auf der Ebene von Modellvorstellungen eroumlffnet ein tieferes Verstaumlndnis der Stoffeigenschaften und Strukturen Dies ermoumlglicht die Erschlieszligung chemischer Reaktionen auf atomarer oder molekularer Ebene

Die in der Abiturpruumlfung eingeforderten Kompetenzen koumlnnen nur eingebracht werden wenn der Unterricht den nachfolgend dargestellten fachlichen und methodischen Grundsaumltzen entspricht Dies bedeutet dass neben dem Beherrschen der Fachsprache der Modellvorstellungen der chemischen Verfahren und Mathematisierungen auch das eigenstaumlndige Loumlsen Beurteilen und Bewerten ermoumlglicht wird Dazu muumlssen in der Pruumlfung Aufgaben mit offenen und komplexen Teilaufgaben gestellt werden die vernetztes Denken erfordern und somit unterschiedliche Loumlsungswege ermoumlglichen

Zur Sicherung eines einheitlichen und angemessenen Anforderungsniveaus in den Pruumlfungsaufgaben enthalten die Einheitlichen Pruumlfungsanforderungen fuumlr das Fach Chemie

- eine Beschreibung der Pruumlfungsgegenstaumlnde dh der nachzuweisenden Kompetenzen sowie der fachlichen Inhalte an denen diese Kompetenzen eingefordert werden sollen

- Kriterien mit deren Hilfe uumlberpruumlft werden kann ob eine Pruumlfungsaufgabe das anzustrebende Anspruchsniveau erreicht

3

- Hinweise und Aufgabenbeispiele fuumlr die Gestaltung der schriftlichen und muumlndlichen Pruumlfung sowie zu alternativen Pruumlfungsformen

Als Hilfsmittel fuumlr die Konstruktion von Pruumlfungsaufgaben sowie fuumlr die Gestaltung der muumlndlichen Pruumlfung und alternativer Pruumlfungsformen dient die Beschreibung von drei Anforderungsbereichen Mit ihrer Hilfe und nach Maszliggabe des vorangegangenen Unterrichts dem die Lehrplaumlne der Laumlnder zugrunde liegen werden die Pruumlfungsinhalte ausgewaumlhlt und Pruumlfungsaufgaben gestellt

4

I FESTLEGUNGEN FUumlR DIE GESTALTUNG DER ABITURPRUumlFUNG

1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 11 Fachliche und methodische Kompetenzen Die Anforderungen fuumlr die schriftliche und muumlndliche Pruumlfung sowie fuumlr alternative Pruumlfungskomponenten sind so zu gestalten dass ein moumlglichst breites Spektrum von Kompetenzen an geeigneten Inhalten uumlberpruumlft werden kann Diese werden in den nachfolgend beschriebenen Kompetenzbereichen des Faches Chemie vermittelt und uumlberpruumlft

Fuumlr die Bearbeitung von Pruumlfungsaufgaben im Grund- und Leistungskursfach sind die folgenden fachspezifischen und allgemeinen naturwissenschaftlichen Kompetenzen erforderlich

Kompetenzbereich Fachkenntnisse (Chemisches Wissen anwenden)

Die Pruumlflinge - nennen Fakten Begriffe Gesetze und Theorien zu Stoffumwandlungen - erkennen die Zusammenhaumlnge zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der

Stoffe - wenden Kenntnisse uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit chemischer

Reaktionen an - erkennen und nutzen Moumlglichkeiten der vertikalen Vernetzung innerhalb der Chemie

sowie der horizontalen Vernetzung mit anderen Unterrichtsfaumlchern - strukturieren erworbenes Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der

Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (siehe 12)

Kompetenzbereich Fachmethoden (Erkenntnismethoden der Chemie nutzen)

Die Pruumlflinge - koumlnnen selbststaumlndig chemische Experimente planen durchfuumlhren beobachten

beschreiben und auswerten - wenden geeignete Modelle zur Beschreibung und Erklaumlrung chemischer Sachverhalte

an - interpretieren chemische Reaktionen auf der Teilchenebene - koumlnnen Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell

uumlberpruumlfen - wenden mathematische Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer

chemischer Aufgaben an - nutzen den Computer zum Messen zur Modellbildung zur Berechnung oder zur

Simulation

Kompetenzbereich Kommunikation (in Chemie und uumlber Chemie kommunizieren)

Die Pruumlflinge - beschreiben und veranschaulichen konkrete chemische Sachverhalte unter

angemessener Nutzung der Fachsprache

5

- argumentieren sachlogisch und begruumlnden schluumlssig chemische Sachverhalte und Fragestellungen

- praumlsentieren chemisches Wissen eigene Standpunkte und Uumlberlegungen sowie Lern-und Arbeitsergebnisse adressaten- und situationsgerecht

- stellen chemische Sachverhalte und Erkenntnisse in unterschiedlicher Form (Symbole Formeln Gleichungen Tabellen Diagramme Grafen Skizzen Simulationen) dar

- interpretieren Fachtexte und grafische Darstellungen und koumlnnen daraus Schluumlsse ziehen

- nutzen Informationsquellen erkennen Kernaussagen waumlhlen Informationen gezielt und kritisch aus und verknuumlpfen diese mit dem erworbenen Wissen

Kompetenzbereich Reflexion (uumlber die Bezuumlge der Chemie reflektieren)

Die Pruumlflinge - betrachten Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und bewerten diese

sachgerecht auf der Grundlage chemischer Kenntnisse - eroumlrtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger

Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen - erkennen und beschreiben die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der

angewandten Chemie fuumlr die Ernaumlhrungssicherung Energieversorgung Werkstoffproduktion sowie in der Informations- und Biotechnologie

- nutzen chemische Kenntnisse zur Erklaumlrung von Lebensvorgaumlngen - beurteilen Technikfolgen wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreislaumlufe im Sinne der

Nachhaltigkeit

12 Fachliche Inhalte Grundlage fuumlr die Abiturpruumlfung im Fach Chemie sind die nachstehend genannten fachlichen Inhalte Hierbei wird zwischen Themenbereichen mit den zugehoumlrigen fachbezogenen Inhalten und Basiskonzepten unterschieden Diese gelten fuumlr den Leistungskurs und fuumlr den Grundkurs gleichermaszligen als verbindliche Pruumlfungsgegenstaumlnde

121 Themenbereiche Beim Nachweis der fachlichen Kompetenzen kommt den unter den folgenden Themenbereichen angeordneten fachbezogenen Inhalten nach Maszliggabe der Lehrplaumlne bzw Rahmenplaumlne der Laumlnder besondere Bedeutung zu Sie werden fuumlr die Abiturpruumlfung vorausgesetzt

A) Stoffe Struktur und Eigenschaften Verbindungen mit funktionellen Gruppen natuumlrliche und synthetische Stoffe mit makromolekularem Aufbau chemische Bindung Strukturen ausgewaumlhlter organischer und anorganischer Stoffe

B) Chemische Reaktionen Protonenuumlbergaumlnge Elektronenuumlbergaumlnge Reaktionsmechanismen energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen

C) Arbeitsweisen der Chemie

6

Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

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Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

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- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

9

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

10

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

14

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

17

Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Fachpraumlambel

Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) beschreibt die grundlegenden Anforderungen an den Unterricht im mathematisch-naturwissenschaftlichshytechnischen Aufgabenfeld

bdquoIm mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Aufgabenfeld sollen Verstaumlndnis fuumlr den Vorgang der Abstraktion die Faumlhigkeit zu logischem Schlieszligen Sicherheit in einfachen Kalkuumllen Einsicht in die Mathematisierung von Sachverhalten in die Besonderheiten naturwissenschaftlicher Methoden in die Entwicklung von Modellvorstellungen und deren Anwendung auf die belebte und unbelebte Natur und in die Funktion naturwissenschaftlicher Theorien vermittelt werdenldquo

Das Fach Chemie traumlgt dazu bei indem es auf verschiedenen Ebenen ein strukturiertes Wissen uumlber die stoffliche Welt und die Gesetzmaumlszligigkeiten der Umwandlung von Stoffen vermittelt Der Chemieunterricht traumlgt nicht nur zum fachspezifischen Erkenntnisgewinn bei Durch die Verknuumlpfung grundlegender Erkenntnisse und Arbeitsweisen aus Chemie Biologie und Physik unter Anwendung von Methoden der Mathematik erlangen die Schuumllerinnen und Schuumller ein rationales naturwissenschaftlich begruumlndetes Weltbild

Als wesentliche Grundlage technischer oumlkologischer und wirtschaftlicher Entwicklungen eroumlffnet die Chemie Wege fuumlr die Gestaltung unserer Lebenswelt und somit zur Verbesserung unserer Lebensqualitaumlt Chemische Erkenntnisse und Methoden sind infolgedessen integraler Bestandteil einer fundierten naturwissenschaftlichen Grundbildung die als Hilfe zur Bewaumlltigung der eigenen selbstgestalteten Lebenssituation und zur Bewaumlltigung der globalen Probleme der Menschheit verstanden wird

Die Chemie ist stark empirisch gepraumlgt wobei dem Experimentieren und Erforschen eine entscheidende Rolle im Erkenntnisprozess zukommt Dieses chemiespezifische Handeln lernen Schuumllerinnen und Schuumller indem sie selbststaumlndig taumltig werden und ihre Versuchs- und Messergebnisse erfassen und auswerten Das Interpretieren von Ergebnissen auf der Ebene von Modellvorstellungen eroumlffnet ein tieferes Verstaumlndnis der Stoffeigenschaften und Strukturen Dies ermoumlglicht die Erschlieszligung chemischer Reaktionen auf atomarer oder molekularer Ebene

Die in der Abiturpruumlfung eingeforderten Kompetenzen koumlnnen nur eingebracht werden wenn der Unterricht den nachfolgend dargestellten fachlichen und methodischen Grundsaumltzen entspricht Dies bedeutet dass neben dem Beherrschen der Fachsprache der Modellvorstellungen der chemischen Verfahren und Mathematisierungen auch das eigenstaumlndige Loumlsen Beurteilen und Bewerten ermoumlglicht wird Dazu muumlssen in der Pruumlfung Aufgaben mit offenen und komplexen Teilaufgaben gestellt werden die vernetztes Denken erfordern und somit unterschiedliche Loumlsungswege ermoumlglichen

Zur Sicherung eines einheitlichen und angemessenen Anforderungsniveaus in den Pruumlfungsaufgaben enthalten die Einheitlichen Pruumlfungsanforderungen fuumlr das Fach Chemie

- eine Beschreibung der Pruumlfungsgegenstaumlnde dh der nachzuweisenden Kompetenzen sowie der fachlichen Inhalte an denen diese Kompetenzen eingefordert werden sollen

- Kriterien mit deren Hilfe uumlberpruumlft werden kann ob eine Pruumlfungsaufgabe das anzustrebende Anspruchsniveau erreicht

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- Hinweise und Aufgabenbeispiele fuumlr die Gestaltung der schriftlichen und muumlndlichen Pruumlfung sowie zu alternativen Pruumlfungsformen

Als Hilfsmittel fuumlr die Konstruktion von Pruumlfungsaufgaben sowie fuumlr die Gestaltung der muumlndlichen Pruumlfung und alternativer Pruumlfungsformen dient die Beschreibung von drei Anforderungsbereichen Mit ihrer Hilfe und nach Maszliggabe des vorangegangenen Unterrichts dem die Lehrplaumlne der Laumlnder zugrunde liegen werden die Pruumlfungsinhalte ausgewaumlhlt und Pruumlfungsaufgaben gestellt

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I FESTLEGUNGEN FUumlR DIE GESTALTUNG DER ABITURPRUumlFUNG

1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 11 Fachliche und methodische Kompetenzen Die Anforderungen fuumlr die schriftliche und muumlndliche Pruumlfung sowie fuumlr alternative Pruumlfungskomponenten sind so zu gestalten dass ein moumlglichst breites Spektrum von Kompetenzen an geeigneten Inhalten uumlberpruumlft werden kann Diese werden in den nachfolgend beschriebenen Kompetenzbereichen des Faches Chemie vermittelt und uumlberpruumlft

Fuumlr die Bearbeitung von Pruumlfungsaufgaben im Grund- und Leistungskursfach sind die folgenden fachspezifischen und allgemeinen naturwissenschaftlichen Kompetenzen erforderlich

Kompetenzbereich Fachkenntnisse (Chemisches Wissen anwenden)

Die Pruumlflinge - nennen Fakten Begriffe Gesetze und Theorien zu Stoffumwandlungen - erkennen die Zusammenhaumlnge zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der

Stoffe - wenden Kenntnisse uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit chemischer

Reaktionen an - erkennen und nutzen Moumlglichkeiten der vertikalen Vernetzung innerhalb der Chemie

sowie der horizontalen Vernetzung mit anderen Unterrichtsfaumlchern - strukturieren erworbenes Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der

Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (siehe 12)

Kompetenzbereich Fachmethoden (Erkenntnismethoden der Chemie nutzen)

Die Pruumlflinge - koumlnnen selbststaumlndig chemische Experimente planen durchfuumlhren beobachten

beschreiben und auswerten - wenden geeignete Modelle zur Beschreibung und Erklaumlrung chemischer Sachverhalte

an - interpretieren chemische Reaktionen auf der Teilchenebene - koumlnnen Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell

uumlberpruumlfen - wenden mathematische Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer

chemischer Aufgaben an - nutzen den Computer zum Messen zur Modellbildung zur Berechnung oder zur

Simulation

Kompetenzbereich Kommunikation (in Chemie und uumlber Chemie kommunizieren)

Die Pruumlflinge - beschreiben und veranschaulichen konkrete chemische Sachverhalte unter

angemessener Nutzung der Fachsprache

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- argumentieren sachlogisch und begruumlnden schluumlssig chemische Sachverhalte und Fragestellungen

- praumlsentieren chemisches Wissen eigene Standpunkte und Uumlberlegungen sowie Lern-und Arbeitsergebnisse adressaten- und situationsgerecht

- stellen chemische Sachverhalte und Erkenntnisse in unterschiedlicher Form (Symbole Formeln Gleichungen Tabellen Diagramme Grafen Skizzen Simulationen) dar

- interpretieren Fachtexte und grafische Darstellungen und koumlnnen daraus Schluumlsse ziehen

- nutzen Informationsquellen erkennen Kernaussagen waumlhlen Informationen gezielt und kritisch aus und verknuumlpfen diese mit dem erworbenen Wissen

Kompetenzbereich Reflexion (uumlber die Bezuumlge der Chemie reflektieren)

Die Pruumlflinge - betrachten Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und bewerten diese

sachgerecht auf der Grundlage chemischer Kenntnisse - eroumlrtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger

Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen - erkennen und beschreiben die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der

angewandten Chemie fuumlr die Ernaumlhrungssicherung Energieversorgung Werkstoffproduktion sowie in der Informations- und Biotechnologie

- nutzen chemische Kenntnisse zur Erklaumlrung von Lebensvorgaumlngen - beurteilen Technikfolgen wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreislaumlufe im Sinne der

Nachhaltigkeit

12 Fachliche Inhalte Grundlage fuumlr die Abiturpruumlfung im Fach Chemie sind die nachstehend genannten fachlichen Inhalte Hierbei wird zwischen Themenbereichen mit den zugehoumlrigen fachbezogenen Inhalten und Basiskonzepten unterschieden Diese gelten fuumlr den Leistungskurs und fuumlr den Grundkurs gleichermaszligen als verbindliche Pruumlfungsgegenstaumlnde

121 Themenbereiche Beim Nachweis der fachlichen Kompetenzen kommt den unter den folgenden Themenbereichen angeordneten fachbezogenen Inhalten nach Maszliggabe der Lehrplaumlne bzw Rahmenplaumlne der Laumlnder besondere Bedeutung zu Sie werden fuumlr die Abiturpruumlfung vorausgesetzt

A) Stoffe Struktur und Eigenschaften Verbindungen mit funktionellen Gruppen natuumlrliche und synthetische Stoffe mit makromolekularem Aufbau chemische Bindung Strukturen ausgewaumlhlter organischer und anorganischer Stoffe

B) Chemische Reaktionen Protonenuumlbergaumlnge Elektronenuumlbergaumlnge Reaktionsmechanismen energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen

C) Arbeitsweisen der Chemie

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Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

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Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

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- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

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- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

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- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

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1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

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3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

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Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

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M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

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1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

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2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

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Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

- Hinweise und Aufgabenbeispiele fuumlr die Gestaltung der schriftlichen und muumlndlichen Pruumlfung sowie zu alternativen Pruumlfungsformen

Als Hilfsmittel fuumlr die Konstruktion von Pruumlfungsaufgaben sowie fuumlr die Gestaltung der muumlndlichen Pruumlfung und alternativer Pruumlfungsformen dient die Beschreibung von drei Anforderungsbereichen Mit ihrer Hilfe und nach Maszliggabe des vorangegangenen Unterrichts dem die Lehrplaumlne der Laumlnder zugrunde liegen werden die Pruumlfungsinhalte ausgewaumlhlt und Pruumlfungsaufgaben gestellt

4

I FESTLEGUNGEN FUumlR DIE GESTALTUNG DER ABITURPRUumlFUNG

1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 11 Fachliche und methodische Kompetenzen Die Anforderungen fuumlr die schriftliche und muumlndliche Pruumlfung sowie fuumlr alternative Pruumlfungskomponenten sind so zu gestalten dass ein moumlglichst breites Spektrum von Kompetenzen an geeigneten Inhalten uumlberpruumlft werden kann Diese werden in den nachfolgend beschriebenen Kompetenzbereichen des Faches Chemie vermittelt und uumlberpruumlft

Fuumlr die Bearbeitung von Pruumlfungsaufgaben im Grund- und Leistungskursfach sind die folgenden fachspezifischen und allgemeinen naturwissenschaftlichen Kompetenzen erforderlich

Kompetenzbereich Fachkenntnisse (Chemisches Wissen anwenden)

Die Pruumlflinge - nennen Fakten Begriffe Gesetze und Theorien zu Stoffumwandlungen - erkennen die Zusammenhaumlnge zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der

Stoffe - wenden Kenntnisse uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit chemischer

Reaktionen an - erkennen und nutzen Moumlglichkeiten der vertikalen Vernetzung innerhalb der Chemie

sowie der horizontalen Vernetzung mit anderen Unterrichtsfaumlchern - strukturieren erworbenes Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der

Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (siehe 12)

Kompetenzbereich Fachmethoden (Erkenntnismethoden der Chemie nutzen)

Die Pruumlflinge - koumlnnen selbststaumlndig chemische Experimente planen durchfuumlhren beobachten

beschreiben und auswerten - wenden geeignete Modelle zur Beschreibung und Erklaumlrung chemischer Sachverhalte

an - interpretieren chemische Reaktionen auf der Teilchenebene - koumlnnen Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell

uumlberpruumlfen - wenden mathematische Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer

chemischer Aufgaben an - nutzen den Computer zum Messen zur Modellbildung zur Berechnung oder zur

Simulation

Kompetenzbereich Kommunikation (in Chemie und uumlber Chemie kommunizieren)

Die Pruumlflinge - beschreiben und veranschaulichen konkrete chemische Sachverhalte unter

angemessener Nutzung der Fachsprache

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- argumentieren sachlogisch und begruumlnden schluumlssig chemische Sachverhalte und Fragestellungen

- praumlsentieren chemisches Wissen eigene Standpunkte und Uumlberlegungen sowie Lern-und Arbeitsergebnisse adressaten- und situationsgerecht

- stellen chemische Sachverhalte und Erkenntnisse in unterschiedlicher Form (Symbole Formeln Gleichungen Tabellen Diagramme Grafen Skizzen Simulationen) dar

- interpretieren Fachtexte und grafische Darstellungen und koumlnnen daraus Schluumlsse ziehen

- nutzen Informationsquellen erkennen Kernaussagen waumlhlen Informationen gezielt und kritisch aus und verknuumlpfen diese mit dem erworbenen Wissen

Kompetenzbereich Reflexion (uumlber die Bezuumlge der Chemie reflektieren)

Die Pruumlflinge - betrachten Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und bewerten diese

sachgerecht auf der Grundlage chemischer Kenntnisse - eroumlrtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger

Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen - erkennen und beschreiben die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der

angewandten Chemie fuumlr die Ernaumlhrungssicherung Energieversorgung Werkstoffproduktion sowie in der Informations- und Biotechnologie

- nutzen chemische Kenntnisse zur Erklaumlrung von Lebensvorgaumlngen - beurteilen Technikfolgen wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreislaumlufe im Sinne der

Nachhaltigkeit

12 Fachliche Inhalte Grundlage fuumlr die Abiturpruumlfung im Fach Chemie sind die nachstehend genannten fachlichen Inhalte Hierbei wird zwischen Themenbereichen mit den zugehoumlrigen fachbezogenen Inhalten und Basiskonzepten unterschieden Diese gelten fuumlr den Leistungskurs und fuumlr den Grundkurs gleichermaszligen als verbindliche Pruumlfungsgegenstaumlnde

121 Themenbereiche Beim Nachweis der fachlichen Kompetenzen kommt den unter den folgenden Themenbereichen angeordneten fachbezogenen Inhalten nach Maszliggabe der Lehrplaumlne bzw Rahmenplaumlne der Laumlnder besondere Bedeutung zu Sie werden fuumlr die Abiturpruumlfung vorausgesetzt

A) Stoffe Struktur und Eigenschaften Verbindungen mit funktionellen Gruppen natuumlrliche und synthetische Stoffe mit makromolekularem Aufbau chemische Bindung Strukturen ausgewaumlhlter organischer und anorganischer Stoffe

B) Chemische Reaktionen Protonenuumlbergaumlnge Elektronenuumlbergaumlnge Reaktionsmechanismen energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen

C) Arbeitsweisen der Chemie

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Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

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Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

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- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

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- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

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- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

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1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

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3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

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Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

I FESTLEGUNGEN FUumlR DIE GESTALTUNG DER ABITURPRUumlFUNG

1 Fachliche Inhalte und Qualifikationen 11 Fachliche und methodische Kompetenzen Die Anforderungen fuumlr die schriftliche und muumlndliche Pruumlfung sowie fuumlr alternative Pruumlfungskomponenten sind so zu gestalten dass ein moumlglichst breites Spektrum von Kompetenzen an geeigneten Inhalten uumlberpruumlft werden kann Diese werden in den nachfolgend beschriebenen Kompetenzbereichen des Faches Chemie vermittelt und uumlberpruumlft

Fuumlr die Bearbeitung von Pruumlfungsaufgaben im Grund- und Leistungskursfach sind die folgenden fachspezifischen und allgemeinen naturwissenschaftlichen Kompetenzen erforderlich

Kompetenzbereich Fachkenntnisse (Chemisches Wissen anwenden)

Die Pruumlflinge - nennen Fakten Begriffe Gesetze und Theorien zu Stoffumwandlungen - erkennen die Zusammenhaumlnge zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der

Stoffe - wenden Kenntnisse uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit chemischer

Reaktionen an - erkennen und nutzen Moumlglichkeiten der vertikalen Vernetzung innerhalb der Chemie

sowie der horizontalen Vernetzung mit anderen Unterrichtsfaumlchern - strukturieren erworbenes Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der

Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (siehe 12)

Kompetenzbereich Fachmethoden (Erkenntnismethoden der Chemie nutzen)

Die Pruumlflinge - koumlnnen selbststaumlndig chemische Experimente planen durchfuumlhren beobachten

beschreiben und auswerten - wenden geeignete Modelle zur Beschreibung und Erklaumlrung chemischer Sachverhalte

an - interpretieren chemische Reaktionen auf der Teilchenebene - koumlnnen Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell

uumlberpruumlfen - wenden mathematische Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer

chemischer Aufgaben an - nutzen den Computer zum Messen zur Modellbildung zur Berechnung oder zur

Simulation

Kompetenzbereich Kommunikation (in Chemie und uumlber Chemie kommunizieren)

Die Pruumlflinge - beschreiben und veranschaulichen konkrete chemische Sachverhalte unter

angemessener Nutzung der Fachsprache

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- argumentieren sachlogisch und begruumlnden schluumlssig chemische Sachverhalte und Fragestellungen

- praumlsentieren chemisches Wissen eigene Standpunkte und Uumlberlegungen sowie Lern-und Arbeitsergebnisse adressaten- und situationsgerecht

- stellen chemische Sachverhalte und Erkenntnisse in unterschiedlicher Form (Symbole Formeln Gleichungen Tabellen Diagramme Grafen Skizzen Simulationen) dar

- interpretieren Fachtexte und grafische Darstellungen und koumlnnen daraus Schluumlsse ziehen

- nutzen Informationsquellen erkennen Kernaussagen waumlhlen Informationen gezielt und kritisch aus und verknuumlpfen diese mit dem erworbenen Wissen

Kompetenzbereich Reflexion (uumlber die Bezuumlge der Chemie reflektieren)

Die Pruumlflinge - betrachten Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und bewerten diese

sachgerecht auf der Grundlage chemischer Kenntnisse - eroumlrtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger

Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen - erkennen und beschreiben die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der

angewandten Chemie fuumlr die Ernaumlhrungssicherung Energieversorgung Werkstoffproduktion sowie in der Informations- und Biotechnologie

- nutzen chemische Kenntnisse zur Erklaumlrung von Lebensvorgaumlngen - beurteilen Technikfolgen wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreislaumlufe im Sinne der

Nachhaltigkeit

12 Fachliche Inhalte Grundlage fuumlr die Abiturpruumlfung im Fach Chemie sind die nachstehend genannten fachlichen Inhalte Hierbei wird zwischen Themenbereichen mit den zugehoumlrigen fachbezogenen Inhalten und Basiskonzepten unterschieden Diese gelten fuumlr den Leistungskurs und fuumlr den Grundkurs gleichermaszligen als verbindliche Pruumlfungsgegenstaumlnde

121 Themenbereiche Beim Nachweis der fachlichen Kompetenzen kommt den unter den folgenden Themenbereichen angeordneten fachbezogenen Inhalten nach Maszliggabe der Lehrplaumlne bzw Rahmenplaumlne der Laumlnder besondere Bedeutung zu Sie werden fuumlr die Abiturpruumlfung vorausgesetzt

A) Stoffe Struktur und Eigenschaften Verbindungen mit funktionellen Gruppen natuumlrliche und synthetische Stoffe mit makromolekularem Aufbau chemische Bindung Strukturen ausgewaumlhlter organischer und anorganischer Stoffe

B) Chemische Reaktionen Protonenuumlbergaumlnge Elektronenuumlbergaumlnge Reaktionsmechanismen energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen

C) Arbeitsweisen der Chemie

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Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

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Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

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- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

9

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

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- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

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1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

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3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

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Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

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II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

- argumentieren sachlogisch und begruumlnden schluumlssig chemische Sachverhalte und Fragestellungen

- praumlsentieren chemisches Wissen eigene Standpunkte und Uumlberlegungen sowie Lern-und Arbeitsergebnisse adressaten- und situationsgerecht

- stellen chemische Sachverhalte und Erkenntnisse in unterschiedlicher Form (Symbole Formeln Gleichungen Tabellen Diagramme Grafen Skizzen Simulationen) dar

- interpretieren Fachtexte und grafische Darstellungen und koumlnnen daraus Schluumlsse ziehen

- nutzen Informationsquellen erkennen Kernaussagen waumlhlen Informationen gezielt und kritisch aus und verknuumlpfen diese mit dem erworbenen Wissen

Kompetenzbereich Reflexion (uumlber die Bezuumlge der Chemie reflektieren)

Die Pruumlflinge - betrachten Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und bewerten diese

sachgerecht auf der Grundlage chemischer Kenntnisse - eroumlrtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger

Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen - erkennen und beschreiben die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der

angewandten Chemie fuumlr die Ernaumlhrungssicherung Energieversorgung Werkstoffproduktion sowie in der Informations- und Biotechnologie

- nutzen chemische Kenntnisse zur Erklaumlrung von Lebensvorgaumlngen - beurteilen Technikfolgen wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreislaumlufe im Sinne der

Nachhaltigkeit

12 Fachliche Inhalte Grundlage fuumlr die Abiturpruumlfung im Fach Chemie sind die nachstehend genannten fachlichen Inhalte Hierbei wird zwischen Themenbereichen mit den zugehoumlrigen fachbezogenen Inhalten und Basiskonzepten unterschieden Diese gelten fuumlr den Leistungskurs und fuumlr den Grundkurs gleichermaszligen als verbindliche Pruumlfungsgegenstaumlnde

121 Themenbereiche Beim Nachweis der fachlichen Kompetenzen kommt den unter den folgenden Themenbereichen angeordneten fachbezogenen Inhalten nach Maszliggabe der Lehrplaumlne bzw Rahmenplaumlne der Laumlnder besondere Bedeutung zu Sie werden fuumlr die Abiturpruumlfung vorausgesetzt

A) Stoffe Struktur und Eigenschaften Verbindungen mit funktionellen Gruppen natuumlrliche und synthetische Stoffe mit makromolekularem Aufbau chemische Bindung Strukturen ausgewaumlhlter organischer und anorganischer Stoffe

B) Chemische Reaktionen Protonenuumlbergaumlnge Elektronenuumlbergaumlnge Reaktionsmechanismen energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen Gleichgewichtsreaktionen

C) Arbeitsweisen der Chemie

6

Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

7

Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

8

- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

9

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

10

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

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Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

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∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Nachweisverfahren und quantitative Bestimmungen

D) Lebenswelt und GesellschaftOumlkonomische und oumlkologische Aspekte der angewandten Chemie aktuelle Technologien und chemische Produkte

122 Basiskonzepte Der Chemieunterricht in der Schule muss mit der Vielfalt seiner fachbezogenen Inhalte auf ein grundlegendes Verstaumlndnis uumlber das Verhalten von Stoffen deren Eigenschaften deren Aufbau und deren Umwandlungen ausgerichtet sein Die Einordnung der Lerninhalte in die nachstehenden fuumlnf Basiskonzepte gewaumlhrleistet einen systematischen Wissensaufbau unter fachlicher und lebensweltlicher Perspektive Damit sind die Pruumlflinge in der Lage detailliertes Fachwissen in groumlszligere Zusammenhaumlnge einzuordnen Auf der Grundlage einer durch die Basiskonzepte strukturierten Wissensbasis bearbeiten die Pruumlflinge die Abituraufgaben

Stoff-Teilchen-Konzept Die erfahrbaren Phaumlnomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden

Struktur-Eigenschafts-Konzept Art Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes

Donator-Akzeptor-Konzept Saumlure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonenshybzw Elektronenuumlbergaumlnge beschreiben

Energiekonzept Alle chemischen Reaktionen sind mit Energieumsatz verbunden

Gleichgewichtskonzept Reversible chemische Reaktionen koumlnnen zu einem Gleichshygewichtszustand fuumlhren

13 Differenzierung zwischen Grund- und Leistungskursfach

131 Anforderungen Die Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe vom 07071972 (idF vom 16062000) weist den Kurstypen in der Qualifikationsphase unterschiedlich akzentuierte Aufgaben zu den Grundkursen die Vermittlung einer wissenschaftspropaumldeutisch orientierten Grundbildung den Leistungskursen die systematische vertiefte und reflektierte wissenschaftspropaumldeutische Arbeit

Beiden Kursarten gemeinsam ist die Foumlrderung und Entwicklung grundlegender Kompetenzen (siehe 11) als Teil der Allgemeinbildung und Voraussetzung fuumlr Studium und Beruf

Grundkurse im Fach Chemie sollen in grundlegende Fragestellungen Sachverhalte Problemkomplexe und Strukturen des Faches einfuumlhren Sie sollen wesentliche Arbeitsmethoden Fachmethoden und Darstellungsformen des Faches bewusst und erfahrbar machen sowie Zusammenhaumlnge im Fach und uumlber die Grenzen dessen hinaus in exemplarischer Form erkennbar werden lassen Der Unterricht in Grundkursen foumlrdert durch lebensweltliche Bezuumlge Einsicht in die Bedeutung des Fachs sowie durch schuumllerzentriertes und handlungsorientiertes Arbeiten die Selbststaumlndigkeit der Pruumlflinge

Leistungskurse vertiefen zusaumltzlich die Inhalte Modelle und Theorien so dass die Komplexitaumlt und der Aspektreichtum des Faches deutlich wird Der Unterricht ist auf eine

7

Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

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- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

9

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

10

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

14

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

16

nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

17

Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

19

auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Beherrschung der Arbeits- und Fachmethoden deren selbststaumlndige Anwendung Uumlbertragung und Reflexion gerichtet Leistungskurse erzielen einen hohen Grad an Selbsttaumltigkeit der Pruumlflinge vor allem beim Experimentieren und bei der Wissensgenerierung

Die Anforderungen im Grundkursfach sollen sich daher nicht nur quantitativ sondern vor allem qualitativ von denen im Leistungskursfach unterscheiden

Dieser Unterschied wird deutlich - im Umfang und Spezialisierungsgrad bezuumlglich des Fachwissens und chemischer

Methoden des Experimentierens sowie der Theoriebildung - im Abstraktionsniveau erkennbar im Grad der Elementarisierung der

Problemerfassung und des Problemloumlsens der Mathematisierung sowie in der Differenziertheit der verwendeten Fachsprache

- in der Komplexitaumlt der Kontexte sowie der chemischen Sachverhalte Theorien und Modelle

132 Aufgabenbeispiele fuumlr die Differenzierung Beispiel 1 Brennstoffzelle Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Reaktionsgleichungen fuumlr Redoxreaktionen vollstaumlndig darstellen und den

Teilreaktionen die Begriffe Elektronenaufnahme (Reduktion) und Elektronenabgabe (Oxidation) zuordnen

- Redoxreaktionen beschreiben die der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dienen (Galvanische Zellen Brennstoffzelle)

- die Bedeutung einer Brennstoffzelle bei der zukuumlnftigen Energiebereitstellung beurteilen

Aufgabenstellung Gegeben ist die raumlumliche Abbildung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen

1 Erlaumlutern Sie das Funktionsprinzip der dargestellten Apparatur und formulieren Sie die Elektrodenreaktionen

2 Definieren Sie an diesem Beispiel den Begriff Redoxreaktion

3 Erlaumlutern Sie die Voraussetzungen unter denen Brennstoffzellen sinnvolle Alternativen zu bisherigen Batterien oder Akkumulatoren sein koumlnnen

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - das Donator-Akzeptor-Prinzip auf Reaktionen mit Elektronenuumlbergang anwenden - Oxidation und Reduktion definieren und Redoxpaare angeben - den Bau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle aus einem beschreibenden

Text oder einer Skizze nach Vorgaben ableiten - die wesentlichen Vorgaumlnge bei Elektrolysen und galvanischen Elementen beschreiben - die Relevanz der Elektrochemie fuumlr den Lebensstandard darstellen

8

- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

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- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

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- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

- herkoumlmmliche Stromquellen mit aktuellen und zukunftsweisenden Entwicklungen bei elektrochemischen Stromquellen vergleichen

- Moumlglichkeiten zur elektrochemischen Speicherung von Energie entwickeln

Aufgabenstellung Gegeben sind folgende Materialien Eine Abbildung zeigt eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Die Beschriftung reduziert sich auf die Gase welche die Elektroden umstroumlmen Eine Tabelle enthaumllt eine Zusammenstellung verschiedener Brennstoffzellentypen mit den Brennstoffen und den Betriebsbedingungen

1 Zeigen Sie in Bezug auf die Abbildung welche Vorgaumlnge zum Aufbau einer Potenzialdifferenz fuumlhren

2 Uumlbertragen Sie Ihre Uumlberlegungen auf die in der Tabelle dargestellten Zelltypen Geben Sie die jeweils entscheidenden Redoxpaare und Redoxreaktionen an Zeigen Sie Moumlglichkeiten zur Verwendung von zwei der dargestellten Typen auf

3 Verdeutlichen sie Moumlglichkeiten und Grenzen fuumlr den Einsatz der von Ihnen gewaumlhlten Typen

Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Themenbereich Chemische Reaktionen Niveau fuumlr den Grundkurs

Die Pruumlflinge koumlnnen - Experimentierreihen unter Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen ausshy- fuumlhren - ein Messprotokoll nach Vorgaben anfertigen - Messergebnisse grafisch darstellen - Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Reaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren Medium soll untersucht werden Gegeben ist eine detaillierte Arbeitsanweisung zur Durchfuumlhrung des Experimentes wobei die unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen angegeben sind

1 Bestimmen Sie jeweils die Zeit von der Zugabe der Kaliumpermangantloumlsung bis zur Entfaumlrbung

2 Stellen Sie die Ergebnisse dieses Experiments in einem Diagramm dar Setzen Sie fuumlr die Reaktionsgeschwindigkeit 1 middot t-1 ein

3 Werten Sie Ihre Messergebnisse aus

Niveau fuumlr den Leistungskurs

Die Schuumllerinnen und Schuumller koumlnnen - grundsaumltzliche Aussagen zur Relevanz der Parameter bzgl der

Reaktionsgeschwindigkeit bei der gegebenen chemischen Reaktion treffen - Experimente zum Beleg dieser Abhaumlngigkeit planen und durchfuumlhren

9

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

10

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

14

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

16

nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

17

Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

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2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

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Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

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Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

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des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

- Versuchsergebnisse protokollieren mit geeigneten Darstellungsformen veranschaulichen und Versuchsergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung interpretieren

Aufgabenstellung Untersuchen Sie die Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit am Beispiel derReaktion von Oxalsaumlure mit Kaliumpermanganatloumlsung im sauren MediumFolgende Chemikalien stehen zur VerfuumlgungKaliumpermanganatloumlsung (c = 001 mol middot l-1) Oxalsaumlure (c = 05 mol middot l-1)Schwefelsaumlure (w = 10 ) destilliertes Wasser

1 Planen Sie Ihr experimentelles Vorgehen und fuumlhren Sie das Experiment durch 2 Werten Sie die Ergebnisse aus 3 Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar

2 Anforderungsbereiche

21 Allgemeine Hinweise Die Abiturpruumlfung soll das Leistungsvermoumlgen der Pruumlflinge moumlglichst differenziert erfassen Dazu werden im Folgenden drei Anforderungsbereiche unterschieden

Obwohl sich weder die Anforderungsbereiche scharf gegeneinander abgrenzen noch die zur Loumlsung einer Pruumlfungsaufgabe erforderlichen Teilleistungen in jedem Einzelfall eindeutig einem bestimmten Anforderungsbereich zuordnen lassen kann die Beruumlcksichtigung der Anforderungsbereiche wesentlich dazu beitragen ein ausgewogenes Verhaumlltnis der Anforderungen zu erreichen die Durchschaubarkeit und Vergleichbarkeit der Pruumlfungsaufgaben zu erhoumlhen sowie die Bewertung der Pruumlfungsleistungen transparent zu machen

Beim Entwurf einer Pruumlfungsaufgabe wird jede von den Pruumlflingen erwartete Teilleistung mindestens einem der drei Anforderungsbereiche zugeordnet

Offenere Fragestellungen fuumlhren in der Regel uumlber formales Anwenden von Begriffen und Verfahren hinaus und damit zu einer Zuordnung zu den Anforderungsbereichen II und III Die tatsaumlchliche Zuordnung der Teilleistungen haumlngt davon ab ob die jeweilige Problemloumlsung eine Bearbeitung unter Anleitung fordert oder ob selbststaumlndiges Erarbeiten Anwenden und Bewerten in komplexeren und neuartigen Zusammenhaumlngen erwartet wird

In jedem Fall ist die Zuordnung zu den Anforderungsbereichen abhaumlngig vom vorangegangenen Unterricht bzw von im Lehrplan verbindlich vorgeschriebenen Zielen und Inhalten sowie von der Leistungsfaumlhigkeit zugelassener Hilfsmittel

22 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche Der Anforderungsbereich I

bull die Wiedergabe von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang

bull die Beschreibung und Verwendung gelernter und geuumlbter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem begrenzten Gebiet und in einem wiederholenden Zusammenhang

Dazu gehoumlren u a - Wiedergeben von zB Daten Fakten Regeln Begriffen Definitionen - Wiedergeben und Erlaumlutern von zB Formeln Gesetzen und Reaktionen

10

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

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bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

- Beschreiben von bekannten Stoffen Stoffklassen Strukturtypen und Modellvorstellungen in der Fachsprache

- Kennen und Wiedergeben der Basiskonzepte - Wiedergeben von im Unterricht eingehend eroumlrterten Fragestellungen und

Zusammenhaumlngen - Entnehmen von Informationen aus einfachen Texten Diagrammen Tabellen - Erstellen von Reaktionsgleichungen - Durchfuumlhrung von Berechnungen und Abschaumltzungen unter Nutzung von Tabellen

bzw von Messergebnissen - Sachgerechte Nutzung bekannter Software - Aufbauen von Apparaturen nach Anweisung oder aus der Erinnerung und sicheres - Durchfuumlhrung von Versuchen nach geuumlbten Verfahren mit bekannten Geraumlten und

Aufnehmen von Messwerten - Erstellen von Versuchsprotokollen - Darstellen von bekannten Sachverhalten in einer vorgegebenen Darstellungsform - z B als Tabelle als Graf als Skizze als Text Bild Modell Diagramm oder Mind-

Map

Der Anforderungsbereich II umfasst bull selbststaumlndiges Auswaumlhlen Anordnen und Darstellen bekannter Sachverhalte unter

vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Uumlbung bekannten Zusammenhang bull selbststaumlndiges Uumlbertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen wobei es

entweder um veraumlnderte Fragestellungen oder um veraumlnderte Sachzusammenhaumlnge oder um abgewandelte Verfahrensweisen geht

Dazu gehoumlren u a - sachgerechtes Wiedergeben von komplexen Zusammenhaumlngen - Verbalisieren quantitativer und qualitativer Aussagen chemischer Formeln und

Reaktionsgleichungen - Interpretieren von Tabellen und grafischen Darstellungen mit Methoden die im

Unterricht behandelt wurden - Planen und Auswerten einfacher Versuche zur Loumlsung vorgegebener Fragestellungen

Durchfuumlhren geplanter Experimente - Anwenden von Modellvorstellungen und Gesetzen zur Loumlsung von Fragen die an

analogen Beispielen behandelt wurden - Anwenden elementarer mathematischer Beziehungen auf chemische Sachverhalte - Auswaumlhlen und Verknuumlpfen bekannter Daten Fakten und Methoden bei vertrauter

oder neuer Aufgabenstruktur - Analysieren von Material und sachbezogenes Auswaumlhlen von Informationen - Verknuumlpfen und faumlcheruumlbergreifendes Anwenden von Wissen Strukturierung des

Wissens mit Hilfe von Basiskonzepten - Sachgemaumlszliges Urteilen und Argumentieren unter Verwendung der Fachsprache - Anwenden der im Unterricht vermittelten chemischen Kenntnisse auf Umweltfragen

und technische Prozesse

11

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

14

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

16

nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

17

Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

19

auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

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des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

1

- Analysieren und Bewerten von Informationen aus Medien zu chemischen Sachverhalten und Fragestellungen

- Darstellen und Strukturieren von Zusammenhaumlngen in Tabellen Grafen Skizzen Texten Schaubildern Modellen Diagrammen oder Mind-Maps

Der Anforderungsbereich III umfasst bull planmaumlszligiges und kreatives Bearbeiten komplexerer Problemstellungen mit dem Ziel

selbststaumlndig zu Loumlsungen Deutungen Wertungen und Folgerungen zu gelangen bull bewusstes und selbststaumlndiges Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter gelernter

Methoden und Verfahren in neuartigen Situationen

Dazu gehoumlren u a - selbststaumlndiges Erschlieszligen von Sachverhalten in einem unbekannten Zusammenhang - selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte bzw

Anwendungssituationen - selbststaumlndiges und zielgerichtetes Auswaumlhlen und Anpassen geeigneter und gelernter

Methoden und Verfahren in neuen Situationen - Planen und gegebenenfalls Durchfuumlhren von Experimenten zu vorgegebenen oder

selbst gefundenen Fragestellungen - Entwickeln eigener Fragestellungen und alternativer Loumlsungsstrategien - Analysieren komplexer Texte und Darstellen der Erkenntnisse in angemessener und

adressatenbezogener Weise - Einbinden der bdquoNeuen Medienldquo beim Praumlsentieren erworbenen Wissens und

gewonnener Einsichten - Erschlieszligen von Kontexten mit Hilfe der Basiskonzepte - Betrachtung gesellschaftlich relevanter Themen aus verschiedenen Perspektiven und

Reflexion der eigenen Position

Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche

Nachweisreaktionen

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Nachweis von Chlorid- Bromid- und Iodid-Ionen in drei verschiedenen Proben unter Verwendung der bereitgestellten Chemikalien Gefordert sind ein Protokoll und die Darstellung der Reaktionsgleichung in verkuumlrzter Ionenschreibweise

Nachweis von Chlorid-Ionen und Carbonat-Ionen nebeneinander in einem Feststoffgemisch Planung und Protokollierung eines Loumlsungsweges mit Begruumlndung fuumlr die Auswahl der Nachweismittel

Nachweis von Halogenid-Ionen Carbonat-Ionen und Sulfat-Ionen in einem Loumlsungs-Gemisch Entwicklung eines Planes zur Identifizierung auf der Grundlage theoretischer Voruumlberlegungen

Hinweis Hinweis Hinweis Geraumlte und Chemikalien werden bereitgestellt Die Loumlsungen enthalten jeweils nur eine Ionenart

Die Geraumlte werden bereitgestellt Die Chemikalien muumlssen angefordert werden

Ein Loumlsungsgemisch das Chlorid- Iodid- Carbonat-und Sulfat-Ionen enthaumllt wird bereitgestellt

12

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

13

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

14

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

3

Die Nachweise werden Die Ionennachweise wurden Alle anderen Materialien entsprechend beschrieben vorher nur getrennt behandelt muumlssen angefordert werden

Die Art der Auswahl der Die theoretische Vorbetrach-Nachweismittel und deren tung muss Uumlberlegungen und Begruumlndung flieszligen in die gegebenenfalls Berechnungen Bewertung ein zur Loumlslichkeit enthalten

Die Korrelation von Loumlslichkeits- und Saumlure-Base-Gleichgewichten soll deutlich werden

2 Berechnung zur Energetik

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnung der molaren Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von Propan bei gegebener Reaktionsgleichung

Berechnung der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan nach vorheriger Erstellung der Reaktionsshygleichung

Vergleich der freien Standardreaktionsenthalpie und der Standardreaktionsenthalpie fuumlr die Verbrennung von 10 kg Propan auf der Grundlage geeigneter Berechnungen Die Abhaumlngigkeit der Reaktionsenthalpie von der Temperatur soll graphisch dargestellt werden

Hinweis Hinweis Hinweis Einfache Berechnung nach geuumlbtem Algorithmus

Anwendung elementarer mathematischer Beziehungen auf einfache chemische Sachverhalte

Entwicklung eines Loumlsungsshyweges selbststaumlndiges Festshylegen von Bedingungen fuumlr chemische Sachverhalte und selbststaumlndige Auswahl geeigneter Darstellungsshyvarianten

Berechnungen zur Elektrochemie

Anforderungsbereich I Anforderungsbereich II Anforderungsbereich III Berechnen Sie die an einer Elektrode abgeschiedene Stoffmenge eines Stoffes (Elektrodenreaktionen Stromstaumlrke und Zeit sind gegeben)

Berechnen Sie die an den Elektroden abgeschiedenen Massen oder Volumina von Stoffen eines vorgegebenen Elektrolysevorganges unter Einbeziehung eines gegebenen Wirkungsgrades

Aus eigenstaumlndig berechneten Ergebnissen die Energiebilanz einer technisch relevanten Elektrolyse abschaumltzen und unter Beruumlcksichtigung oumlkologischer und oumlkonomischer Aspekte bewerten

Hinweis Hinweis Hinweis Berechnung nach eingeuumlbten Algorithmen

Anwendung bekannter mathematischer Berechnungen in den

Entwicklung der Loumlsungsstrategie in einem komplexen Aufgabengefuumlge

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Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

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II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

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bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

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M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

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Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

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∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

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der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

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112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Loumlsungsweg selbststaumlndiges Materialien werden zur Aufstellen der zur Loumlsung Verfuumlgung gestellt notwendigen chemischen Gleichungen

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3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

15

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

16

nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

19

auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

3 Schriftliche Pruumlfung 31 Allgemeine Hinweise Die Pruumlfungsaufgabe ndash das ist die Gesamtheit dessen was ein Pruumlfling zu bearbeiten hat - ist im Grundkurs wie auch im Leistungskurs so gestaltet dass der Pruumlfling neben der Wiedergabe von Wissen auch durch den eigenstaumlndigen Umgang mit komplexeren Fragestellungen seine Leistungen nachweisen muss Sie darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4)

Eine Pruumlfungsaufgabe setzt sich in der Regel aus mehreren Aufgaben zusammen Dabei ist die Aufgabe durch einen einheitlichen thematischen Zusammenhang definiert Die Aufgabenstellung soll eine vielschichtige Auseinandersetzung mit einem komplexen Problem zulassen Daher soll die Zahl der Aufgaben in einer Pruumlfungsaufgabe drei nicht uumlberschreiten

Alle Aufgaben beziehen sich auf Materialien bei denen die Quelle anzugeben ist oder Experimente Jede Aufgabe kann in begrenztem Umfang in Teilaufgaben gegliedert sein Dabei darf keine kleinschrittige Abfrage einzelner Aspekte erfolgen die Pruumlflinge muumlssen ihre Darstellungen in angemessener Weise selbststaumlndig strukturieren koumlnnen

Die Pruumlfungsaufgabe umfasst Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen Sie erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Leistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden und zwar Anforderungsbereich I in houmlherem Maszlige als Anforderungsbereich III Jede Aufgabe soll Anforderungen in allen drei Anforderungsbereichen umfassen

Die Pruumlfungsaufgabe enthaumllt Inhalte aus mindestens drei der in Abschnitt 12 genannten Themenbereiche und darf sich nicht auf die Inhalte nur eines Kurshalbjahres beschraumlnken (vgl Vereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) sect 5 Abs 4) Es ist zu gewaumlhrleisten dass mit der Pruumlfungsaufgabe alle Kompetenzbereiche (vgl 11) abgedeckt werden

Aufgabenarten Fuumlr die schriftliche Pruumlfung im Fach Chemie sind folgende Aufgabenarten geeignet

- Materialgebundene Aufgaben Erlaumlutern Auswerten Interpretieren und Bewerten von fachspezifischem Material (Texte Abbildungensbquo Tabellen Messreihen Graphen Filmen Simulationen uauml)

- Bearbeitung eines Demonstrations- oder eines Schuumllerexperimentes Beschreiben und Auswerten vorgefuumlhrter dokumentierter oder selbst durchgefuumlhrter Experimente und Verwendung der Ergebnisse fuumlr anschlieszligende Aufgabenstellungen

Die Uumlberschneidung beider Aufgabenarten ist moumlglich

Nicht zugelassen sind - ausschlieszliglich aufsatzartig zu bearbeitende Aufgaben - Aufgaben die eine uumlberwiegend mathematische Bearbeitung erfordern - Aufgaben ohne Kontextorientierung - uumlbernommene Aufgaben (z B von Verlagen) ohne Zuschnitt auf den Kurs bzw ohne

Beruumlcksichtigung der spezifischen unterrichtlichen Voraussetzungen

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Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

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II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Unterscheidungsmerkmale fuumlr die Aufgabenstellung in Grundkurs- und Leistungskursfach sind unter 13 benannt

32 Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe Die Pruumlfungsaufgabe ist so anzulegen dass vom Pruumlfling Leistungen sowohl von moumlglichst groszliger Breite (Kompetenzbereiche) als auch von angemessener Tiefe (Anforderungsbereiche) zu erbringen sind

Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert sein Teilaufgaben duumlrfen nicht beziehungslos nebeneinander stehen Jede Aufgabe sollte eine uumlbergeordnete Fragestellung zum Ausdruck bringen Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so detailliert sein dass dadurch ein Loumlsungsweg zwingend vorgezeichnet wird Ausdruumlcklich erwuumlnscht sind offene Aufgabenstellungen die mehrere Loumlsungswege ermoumlglichen

Die Beruumlcksichtung mehrerer Themenbereiche (vgl 12) in einer Aufgabe ist erwuumlnscht Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so unabhaumlngig voneinander sein dass eine Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmoumlglich macht Falls erforderlich koumlnnen Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung enthalten sein

Eine Pruumlfungsaufgabe muss sich auf alle drei in Abschnitt 22 beschriebenen Anforderungsbereiche erstrecken Dadurch wird eine Beurteilung ermoumlglicht die das gesamte Notenspektrum umfasst Die Pruumlfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes Niveau wenn das Schwergewicht der zu erbringenden Pruumlfungsleistungen im Anforderungsbereich II liegt und daneben die Anforderungsbereiche I und III beruumlcksichtigt werden Dabei erhaumllt der Anforderungsbereich I eine houmlhere Gewichtung als der Anforderungsbereich III

Bei experimentellen Aufgabenstellungen ist fuumlr den Fall des Misslingens vorab eine Datensicherung vorzunehmen

Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang der geforderten Leistung hervor Dazu ist der Gebrauch von Operatoren hilfreich

Operator Beschreibung der erwarteten Leistung analysieren untersuchen

Unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder Eigenschaften herausarbeiten Untersuchen beinhaltet unter Umstaumlnden zusaumltzlich praktische Anteile

anwenden uumlbertragen Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen

auswerten Daten Einzelergebnisse oder sonstige Sachverhalte in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer abschlieszligenden Gesamtaussage zusammenfuumlhren

begruumlnden Sachverhalte auf Regeln Gesetzmaumlszligigkeiten bzw kausale Zusammenhaumlnge zuruumlckfuumlhren

berechnen bestimmen Mittels Groumlszligengleichungen eine chemische oder physikalische Groumlszlige bestimmen

beschreiben Strukturen Sachverhalte oder Zusammenhaumlnge wiedergeben bestaumltigen Die Guumlltigkeit einer Aussage zB einer Hypothese oder einer

Modellvorstellung durch ein Experiment verifizieren beurteilen Zu einem Sachverhalt eine selbststaumlndige Einschaumltzung unter

Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden begruumlndet formulieren

bewerten Stellung Eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten

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nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

nehmen darstellen Sachverhalte Zusammenhaumlnge Methoden und Bezuumlge in

angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben diskutieren In Zusammenhang mit Sachverhalten Aussagen oder Thesen

unterschiedliche Positionen bzw Pro- und Contra-Argumente einander gegenuumlberstellen und abwaumlgen

dokumentieren Alle notwendigen Erklaumlrungen Herleitungen und Skizzen darstellen

durchfuumlhren (Experimente)

Eine vorgegebene oder eigene Experimentieranleitung umsetzen

entwickeln aufstellen Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknuumlpfen Eine Hypothese eine Skizze ein Experiment oder ein Modell schrittweise weiterfuumlhren und ausbauen

erklaumlren Einen Sachverhalt nachvollziehbar und verstaumlndlich zum Ausdruck bringen

erlaumlutern Einen Sachverhalt durch zusaumltzliche Informationen (chemische Formeln und Gleichungen) veranschaulichen und verstaumlndlich machen

ermitteln Einen Zusammenhang oder eine Loumlsung finden und das Ergebnis formulieren

interpretieren deuten Kausale Zusammenhaumlnge in Hinblick auf Erklaumlrungsmoumlglichkeiten untersuchen und abwaumlgend herausstellen

nennen angeben Elemente Sachverhalte Begriffe Daten ohne naumlhere Erlaumluterungen aufzaumlhlen

planen (Experimente) Zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranleitung erstellen

skizzieren Sachverhalte Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Flieszligtext uumlbersichtlich darstellen

strukturieren ordnen Vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren

uumlberpruumlfen pruumlfen Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widerspruumlche aufdecken

verallgemeinern Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren

vergleichen Gemeinsamkeiten Aumlhnlichkeiten und Unterschiede ermitteln zeichnen Eine anschauliche und hinreichend exakte grafische Darstellung

beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen

33 Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungshorizont)

bdquoDen Aufgaben der schriftlichen Pruumlfung werden von der Aufgabenstellerin bzw dem Aufgashybensteller eine Beschreibung der von den Pruumlflingen erwarteten Leistungen einschlieszliglich der Angabe von Bewertungskriterien beigegeben Dabei sind von der Schulaufsichtsbehoumlrde gegebene Hinweise fuumlr die Bewertung zu beachten und auf die gestellten Aufgaben anzuwendenldquo (sect 5 Absatz 3 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 1312 1973 idF vom 16062000)

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Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

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der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

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auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

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einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

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II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Die erwarteten Pruumlfungsleistungen sind stichwortartig darzustellen Werden Pruumlfungen nicht zentral gestellt so ist der vorangegangenen Unterricht aus dem die vorgeschlagene Pruumlfungsaufgabe erwachsen ist so weit kurz zu erlaumlutern wie dies zum Verstaumlndnis der Aufgabe notwendig ist Damit soll zugleich der Bezug zu den Anforderungsbereichen einsichtig gemacht werden

Zugelassene Hilfsmittel sind anzugeben Beim Einsatz der Hilfsmittel muss der Grundsatz der Gleichbehandlung gewahrt bleiben Bei dezentraler Aufgabenstellung sind die Quellen die zur Erstellung der Aufgabe herangezogen wurden und das eingefuumlhrte Lehrbuch anzugeben

34 Bewertung von Pruumlfungsleistungen Nach sect 6 Absatz 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 13121973 idF vom 16062000) soll aus der Korrektur und Beurteilung der schriftlichen Arbeit hervorgehen bdquowelcher Wert den von der Schuumllerin bzw dem Schuumller vorgebrachten Loumlsungen Untersuchungsergebnissen oder Argumenten beigemessen wird und wieweit die Schuumllerin bzw der Schuumller die Loumlsung der gestellten Aufgaben durch gelungene Beitraumlge gefoumlrdert oder durch sachliche oder logische Fehler beeintraumlchtigt hat Die zusammenfassende Beurteilung schlieszligt mit einer Bewertung gemaumlszlig Ziffer 91 und 92 der Vereinbarung vom 07071972 idF vom 16062000ldquo

Das Beurteilen der von den Pruumlflingen erbrachten Pruumlfungsleistung erfolgt unter Bezug auf die beschriebene erwartete Gesamtleistung Den Beurteilenden steht dabei ein Beurteilungsspielraum zur Verfuumlgung In die Bewertung gehen Leistungen aus dem Kompetenzbereich Kommunikation ein Vor allem erlaumluternde kommentierende und begruumlndende Texte sind unverzichtbare Bestandteile der Bearbeitung Mangelhafte Gliederung Unsicherheiten in der Fachsprache Ungenauigkeiten in Darstellungen sind als fachliche Fehler zu werten Schwerwiegende und gehaumlufte Verstoumlszlige gegen die sprachliche Richtigkeit in der Muttersprache (Unterrichtssprache) oder gegen die aumluszligere Form gemaumlszlig sect 6 Abs 5 der bdquoVereinbarung uumlber die Abiturpruumlfung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe IIldquo (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom l3121973 idF vom 16062000) zu bewerten

Liefern Pruumlflinge zu einer gestellten Aufgabe oder Teilaufgabe Bearbeitungen die in der Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen nicht erfasst waren so sind die erbrachten Leistungen angemessen zu beruumlcksichtigen Dabei kann der vorgesehene Bewertungsrahmen fuumlr die Teilaufgabe nicht uumlberschritten werden

Grundlage der Bewertung ist der Erwartungshorizont Bei der Zuweisung der Bewertungseinheiten zu einem Loumlsungsschritt sollte ein ganzheitlicher Ansatz gewaumlhlt werden es geht also nicht um den Vergleich einzelner Stichworte sondern um dieSchluumlssigkeit der Argumentation Daher kann trotz vollstaumlndiger Uumlbereinstimmung der Begrifflichkeiten eine deutlich schlechtere Bewertung erfolgen wenn zB die Argumentation nicht schluumlssig ist oder fachsprachliche Fehler enthaumllt

Die Festlegung der Schwelle zur Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) und die Vergabe der weiteren Noten sind Setzungen die in besonderem Maszlige der paumldagogischen Erfahrung und Verantwortung der Beurteilenden unterliegen

Die Note bdquoausreichendldquo (05 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd die Haumllfte (mindestens 45 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist Dazu reichen Leistungen allein im Anforderungsbereich I nicht aus Oberhalb und unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen Notenstufen jeweils ungefaumlhr linear zugeordnet werden um zu sichern dass mit der Bewertung die gesamte Breite

18

der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

19

auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

der Skala ausgeschoumlpft werden kann

Die Note bdquogutldquo (11 Punkte) soll erteilt werden wenn annaumlhernd vier Fuumlnftel (mindestens 75 Prozent) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind Dabei muss die gesamte Darstellung der Pruumlfungsleistung in ihrer Gliederung in der Gedankenfuumlhrung in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen

4 Muumlndliche Pruumlfung

41 Besonderheiten und Aufgabenstellung Die muumlndliche Pruumlfung muss sich auf alle vier in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzbereiche erstrecken Um in der zur Verfuumlgung stehenden Zeit diese Kompetenzbereiche uumlberpruumlfen zu koumlnnen muss sich die Aufgabenstellung fuumlr die muumlndliche Pruumlfung grundsaumltzlich von der fuumlr die schriftliche Pruumlfung unterscheiden Im Pruumlfungsgespraumlch spielen die Kompetenzbereiche Kommunikation und Kontextorientierung eine zentrale Rolle Die Pruumlflinge zeigen dass sie uumlber chemische Sachverhalte in freiem Vortrag berichten und zu chemischen Frage- und Problemstellungen Position beziehen zu koumlnnen Die muumlndliche Pruumlfung bezieht sich auf mindestens zwei der in Abschnitt 121 genannten Themenbereiche

Im Pruumlfungsgespraumlch sollen die Schuumllerinnen und Schuumller insbesondere nachweisen in welchem Umfang sie

- einen Uumlberblick uumlber grundlegende Begriffe und Fachmethoden besitzen - Verstaumlndnis fuumlr chemische Denk- und Arbeitsweisen haben - chemische Zusammenhaumlnge nachvollziehbar darstellen koumlnnen

Geeignet sind Aufgabenstellungen die - Experimentieranordnungen beinhalten - Materialien nutzen - Ergebnisse Skizzen oder Zusammenhaumlnge vorgeben an denen wesentliche

Gedankengaumlnge zu erlaumlutern sind - Aufgabenteile enthalten die sich auf eine Erlaumluterung des Gedankenganges

beschraumlnken ohne dass die zugehoumlrigen Details im Einzelnen auszufuumlhren sind - Uumlbersichten und Zusammenstellungen beinhalten die fachgerechte Ergaumlnzungen

erfordern und uumlbergreifende Bezuumlge erlauben

Zur Erarbeitung der Loumlsungen bieten sich - die Nutzung geeigneter Werkzeuge (zB Software Fachliteratur) - der Einsatz von Hilfsmitteln zur Praumlsentation der Loumlsungswege und Ergebnisse (zB

Folien Modelle Experimente und Datenprojektion) an

Aufgaben die sich in Teilaufgaben zunehmend oumlffnen bieten dem Pruumlfling eine besondere Chance den Umfang seiner Faumlhigkeiten und die Tiefe seines chemischen Verstaumlndnisses darzustellen Fuumlr den Pruumlfungsausschuss ermoumlglichen sie die differenzierte Beurteilung der Leistungsfaumlhigkeit des Pruumlflings

Die Pruumlfungsaufgabe muss einen einfachen Einstieg erlauben Sie muss andererseits so angelegt sein dass in der Pruumlfung unter Beachtung der Anforderungsbereiche (vgl 22) die

19

auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

auf der Grundlage eines Erwartungshorizontes zugeordnet werden grundsaumltzlich jede Note erreichbar ist

42 Kriterien fuumlr die Bewertung Bei der Bewertung der muumlndlichen Pruumlfungsleistung sollen neben den in Abschnitt 11 beschriebenen Kompetenzen vor allem folgende Kriterien beruumlcksichtigt werden

- Umfang und Qualitaumlt der nachgewiesenen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten - sachgerechte Gliederung und folgerichtiger Aufbau der Darstellung - Verstaumlndlichkeit der Darlegungen adaumlquater Einsatz der Praumlsentationsmittel - Faumlhigkeit das Wesentliche herauszustellen und die Loumlsung in sprachlich verstaumlndlich

und in logischem Zusammenhang zu referieren - Verstaumlndnis fuumlr chemische Probleme sowie die Faumlhigkeit Zusammenhaumlnge zu

erkennen und darzustellen chemische Sachverhalte zu beurteilen auf Fragen und Einwaumlnde flexibel einzugehen und gegebene Hilfen aufzugreifen

- Kreativitaumlt und Eigenstaumlndigkeit im Pruumlfungsverlauf

43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente bdquoDie Abiturpruumlfung umfasst mindestens 4 houmlchstens 5 Komponenten Fuumlnfte Komponente ist entweder eine schriftliche oder eine muumlndliche Pruumlfung in einem weiteren Fach oder eine besondere Lernleistungldquo (Vereinbarung zur Gestaltung der gymnasialen Oberstufe in der Sekundarstufe II (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 07071972 idF vom 16062000) 821) Im Rahmen der fuumlnften Pruumlfungskomponente koumlnnen die Laumlnder neue Pruumlfungsformen entwickeln Fuumlr alle Formen der fuumlnften Pruumlfungskomponente gelten die Abschnitte 1 bis 42 sinngemaumlszlig

Im Folgenden werden fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo fuumlr das Fach bzw Referenzfach Chemie Festlegungen getroffen die uumlber die Bestimmungen der Abschnitte 1 bis 42 hinausgehen

431 Besonderheiten Die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo zielt insbesondere auf die Einbeziehung groumlszligerer fachlicher Zusammenhaumlnge und fachuumlbergreifender Aspekte in die Abiturpruumlfung

Sie sollte deshalb vor allem gekennzeichnet sein durch - einen laumlngeren zeitlichen Vorlauf und - einen besonderen Stellenwert der vorbereiteten Praumlsentation

Hinzu kommt die Moumlglichkeit Gruppenpruumlfungen durchzufuumlhren Dabei ist durch Begrenzung der Gruppengroumlszlige die Aufgabenstellung und die Gestaltung des Pruumlfungsgespraumlchs dafuumlr Sorge zu tragen dass die individuelle Leistung eindeutig erkennbar und bewertbar ist Fuumlr Gruppenpruumlfungen eignen sich im Fach Chemie insbesondere Pruumlfungsaufgaben bei denen unterschiedliche Aspekte eines Problems behandelt werden

Die Gewaumlhrung eines laumlngeren zeitlichen Vorlaufs kann insbesondere noumltig sein bei Pruumlfungsaufgaben mit komplexerer Fragestellung oder aufwaumlndigerer Erschlieszligung zB durch Literatur- oder Internet-Recherche projektartige Bearbeitung Experiment Exkursion

Die Praumlsentation wird bestimmt durch die verfuumlgbaren technischen Moumlglichkeiten zB Folien Modelle fuumlr Chemie geeignete Software Praumlsentationssoftware Sie geht aus von

20

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

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Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

einer vorzulegenden Dokumentation der Vorbereitung

432 Bewertung Bei der Bewertung der fuumlnften Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo kommen neben der nachgewiesenen Fach- und Methodenkompetenz folgenden Merkmalen besondere Bedeutung zu

- der dokumentierten Vorbereitung - der Klarheit Vollstaumlndigkeit und Angemessenheit von Dokumentation und

Praumlsentation - der Selbststaumlndigkeit und der Breite der Argumentation bei der Ausfuumlhrung der

Arbeitsanteile und Arbeitsschritte

- dem Grad der Durchdringung und den aufgezeigten Vernetzungen

- der Souveraumlnitaumlt im Pruumlfungsgespraumlch

433 Beispiele fuumlr Themenbereiche Die Themenstellung soll durch Reichhaltigkeit der chemischen oder fachuumlbergreifenden Bezuumlge gekennzeichnet sein Sie soll Originalitaumlt und Kreativitaumlt bei der Bearbeitung ermoumlglichen

Die folgenden Beispiele beschreiben Themenbereiche aus denen Teilaspekte als Pruumlfungsthemen fuumlr die fuumlnfte Pruumlfungskomponente als bdquomuumlndliche Pruumlfung in neuer Formldquo besonders geeignet erscheinen

- Experimentelle Untersuchung und Dokumentation - Erhebung und Auswertung von Daten - Simulationen chemischer Vorgaumlnge erstellen - Ansaumltze wissenschaftlicher Arbeit (z B dokumentierte Mitarbeit im

Hochschulbereich)- Dokumentierte Wettbewerbsergebnisse

- Recherchen zur angewandten Chemie im regionalen Bereich

21

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

II AUFGABENBEISPIELE

Die unten genannten Aufgabenbeispiele sind gleichermaszligen fuumlr zentral wie fuumlr dezentral gestellte Pruumlfungsaufgaben geeignet Mit Ruumlcksicht auf die unterschiedliche Praxis in den Laumlndern bilden die aufgefuumlhrten Beispiele fuumlr sich keine geschlossenen Pruumlfungsaufgaben Anhand der vorgesehenen Bearbeitungszeit ist eine Abschaumltzung des Aufgabenumfangs moumlglich

Die Aufgabenbeispiele enthalten neben der Angabe der Bearbeitungszeit Anmerkungen uumlber die unterrichtlichen Voraussetzungen sowie gegebenenfalls Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Im Erwartungshorizont sind die fuumlr die Bewertung wesentlichen inhaltlichen Elemente skizziert Daruumlber hinaus sind nachzuweisende Kompetenzen exemplarisch ausgewiesen Durch die Zuordnung der Bewertungseinheiten zu den Anforderungsbereichen werden Schwierigkeitsgrad und Gewichtung der einzelnen Teilaufgaben erkennbar

Durch die ausgewaumlhlten Beispiele sollen keine besonderen thematischen Schwerpunkte gesetzt werden Vielmehr soll die Vielfalt der Moumlglichkeiten bei der Themenauswahl und bei der Aufgabenkonstruktion aufgezeigt werden Die Beispiele betonen die neuen fachdidaktischen Entwicklungen realer Anwendungsbezug und offene Aufgabenstellung

1 Aufgabenbeispiele fuumlr die schriftliche Pruumlfung

11 Aufgabenbeispiele fuumlr das Leistungskursfach

111 Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge

Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten

Material

M1 Redetext bdquoFuumlr den Fahrzeugantrieb stehen gegenwaumlrtig Methan (Erd- und Biogas) Alkohole (Methanol undEthanol) pflanzliche Oumlle (beispielsweise Rapsmethylester 1) und Elektrizitaumlt zur Verfuumlgung Die Wahl nur einer dieser Alternativen als Ersatz fuumlr BenzinDieselkraftstoff scheint oumlkonomisch nicht realistisch - auszliger moumlglicherweise bei Erdgas In verschiedenen Teilen der Welt wird man also je nach der politischen Lage und den verfuumlgbaren einheimischen Rohstoffen unterschiedlichen Alternativen den Vorzug geben Neben dem Aspekt der Umweltvertraumlglichkeit der alternativen Kraftstoffe ist es aber ebenso wichtig dass Loumlsungen fuumlr Gewinnung und AnlieferungVersorgung gefunden werden die den neuen Kraftstoff bequem zugaumlnglich machen - und das zu einem attraktiven Preis Die vorrangig diskutierten Kraftstoffalternativen sind

bull Methangas (Erd- und Biogas) Kurz- bis mittelfristig duumlrfte Erdgas die gaumlngigste Alternative zu Benzin-Dieselkraftstoff werden Die Vorkommen reichen vermutlich fuumlnfzig bis hundert Jahre Beim Fahrzeugantrieb verursacht Erdgas 20 weniger CO2-Emissionen als Benzin und entschieden weniger Emissionen toxischer Gase Biogas laumlsst sich durch Verrottung organischer Stoffe oder Abfaumllle erzeugen und durch die Erhoumlhung des Methangehaltes veredeln Herstellung und Anwendung von Biogas bewirken lediglich einen sehr kleinen Nettoanstieg von CO2 und verursachen nur geringe gesundheitsgefaumlhrdende Emissionen

22

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

bull Alkohole Methanol und Ethanol lassen sich aus Holz oder aus Landwirtschaftsshyprodukten herstellen ()

bull Biodiesel Rapsoumll in der Form von Rapsmethylester (RME) eignet sich fuumlr die meisten modernen Dieselmotoren ist jedoch teuer und aufwendig in der Produktionldquo

1 gemeint ist Rapsoumllmethylester

Redetext zur Umweltvertraumlglichkeit von Produkten und Produktion als Ziel in der Automobilherstellung (Dr Ralf Beck Wasser Luft und Boden WLB-Redaktion Vereinigte Fachverlage Mainz 61998) oder httpwwwtu-harburgdeumwelt98paperssektor_dbecktexthtml

M2 Stoffdaten

Stoff

molare Standardbildungsshy

enthalpie kJ mol-1

molare Standardshyentropie J K-1mol-1

Dichte g mL-1

Siedeshytemperatur

degC

Kohlenstoff (Graphit) 0 57 225 4827

Wasserstoff 0 1307 000009 - 253

Kohlenstoffdioxid - 393 2138 0001977 - 785 (sublimiert)

Wasser (g) - 242 189 100 Wasser (l) - 286 70 1 100

Methan - 75 1862 0000717 - 161 Methanol - 239 1268 0791 65 Ethanol - 277 1607 0789 78

Sauerstoff 0 2051 0001429 - 183

InfoDie Waumlrmeenergie die bei der vollstaumlndigen Verbrennung von 1 kg Nonan 44300 kJ freiwirdentspricht ungefaumlhr der Waumlrmeenergie die bei der Verbrennung von 1 kg Benzin frei wirdVerbrennungswaumlrme Q(Nonan) = 44 300 KJ sdot kg - 1

23

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen desBenzinmotors

Volumenanteile Volumenanteil ϕ(CxHy)

((Pfeile grafisch bearbeiten))

02

mager fett stoumlchiometrisch

4

Volumenverhaumlltnis Benzin Luft

Erlaumluterung zur Beschriftung des Diagramms

bull Linke Ordinate mit den Volumenanteilen ϕ von Stickstoffmonooxid und gasfoumlrmigen Kohlenwasserstoffen (CxHy )

bull rechte Ordinate mit dem Volumenanteil ϕ von Kohlenstoffmonooxid

bull Die Abszisse gibt das Mischungsverhaumlltnis V(Benzin) V(Luft) an dabei gilt fuumlr mager V(Benzin) gering V(Luft) groszlig stoumlchiometrisch Benzin und Luft sind so gemischt dass theoretisch ein vollstaumlndiger Umsatz erfolgen koumlnnte fett V(Benzin) groszlig V(Luft) gering

Aufgabenstellung

1 Stellvertretend fuumlr die im Benzin enthaltenen Verbindungen kann man den Stoff Nonan(C9H20) betrachtenFormulieren Sie die Reaktionsgleichung fuumlr die vollstaumlndige Verbrennung diesesKohlenwasserstoffsBerechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie fuumlr Nonan

24

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Beurteilen Sie mit welchem der Kraftstoffe Nonan oder Ethanol die Reichweite eines Fahrzeuges groumlszliger ist

2 Die Zusammensetzung des Abgases eines Verbrennungsmotors haumlngt vom Luft-Benzin-Mischungsverhaumlltnis abErlaumlutern Sie anhand der Reaktionsgleichung aus Teilaufgabe 1 die Zusammenhaumlnge Beurteilen Sie auch wie sich ein zu fettes Benzin-Luft-Mischungsverhaumlltnis auf denTreibstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt

3 Uumlberpruumlfen Sie die Aussage im Redetext Erdgas erzeuge 20 weniger Emissionen alsBenzin Vergleichen Sie dazu geeignete Reinstoffe anstelle der genannten Stoffe

4 Beschreiben Sie einen elektrochemischen Weg zur Bereitstellung elektrischer Energie inFahrzeugen Ergaumlnzen Sie Ihre Ausfuumlhrungen durch ReaktionsgleichungenBewerten Sie die Vorteile und Nachteile des Elektroantriebs gegenuumlber einemVerbrennungsmotor der Methan als Treibstoff verwendet

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen Berechnungen von Verbrennungsenthalpien Emissionen bei Verbrennungen Speicherung von Energie in Akkumulatoren oder Umsetzung von Energie bei chemischen Reaktionen in Brennstoffzellen Berechnung von Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien Eroumlrterung der Einstellung chemischer Gleichgewichte

Hilfsmittel Taschenrechner Periodensystem Tafelwerk

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben

C9H20 + 14 O2 (g) 9 CO2 + 10 H2O(g) Moumlgliche Zwischenergebnisse des Rechengangs M(Nonan) = 128 g mol-1 n(Nonan) = 781 mol Reaktionsenthalpie ∆rH= - 5672 kJ mol-1

molare Standardbildungsenthalpie ∆Hdegm = - 285 kJmol

Berechung der Stoffmenge n(Ethanol) bezogen auf die Masse m(Ethanol) =1 kg Berechnung der Standard-Reaktionsenthalpie

8 16 4

25

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

∆ rH(Ethanol) Vergleich der Energieausbeuten 2 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Gezielte Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen

Einige in den Antwort zu erwartende Schuumllerleistungen Erkennen dass die Hauptbestandteile des Abgases in der Grafik nicht erfasst sind Erlaumluterung dass unvollstaumlndige Verbrennung am Vorkommen von Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffen erkennbar sein koumlnnen Verstaumlndlich machen dass uumlber die Mischung mit Luft die Verbrennung des Kraftstoffs steuerbar ist Darstellen dass ein mageres Gemisch weit gehend verbrennt aber niemals zu 100 Erkennen dass die Bildung von Stickstoffmonooxid durch die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff unvermeidlich ist Vermitteln weshalb bei der unvollstaumlndigen Verbrennung ein zu fettes Gemisch den Treibstoffverbrauch erhoumlht

5 12 8

3 Kompetenzen

Sachlogische Argumentation und schluumlssige Begruumlndung chemischer Sachverhalte und Fragestellungen Beurteilung von Technikfolgen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven

Beim Vergleich der Emissionen wird zB der gleiche freigesetzte Energiebetrag (z B 1 MJ) gewaumlhlt Berechnung der Stoffmengen Erdgas (Methan) 125 mol CO2 und 249 mol H2O(g) je MJ fuumlr Benzin (Nonan) 159 mol CO2 und 176 mol H2O(g) Erkennen und erlaumlutern dass die Angabe 20 also nur auf die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zutrifft Verdeutlichen dass bei Wasserdampf die Bilanz gerade umgekehrt ist ( Loumlsungsoption welche die Aufgabe nicht zwingend fordert) (Hinweis Wichtig waumlre auch ein Vergleich der Emissionen unter Beruumlcksichtigung der tatsaumlchlich unvollstaumlndig ablaufenden Verbrennungen Dies ist aber mit den gegebenen Daten nicht durchfuumlhrbar)

5 10 4

4 Kompetenzen

Strukturierung von erworbenem Wissen uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigener Basiskonzepte Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung

6 16 6

26

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

der Fachsprache Beurteilung von Technikfolgen wirtschaftlichen Aspekten und Stoffkreislaumlufen im Sinne der Nachhaltigkeit

Beschreibung eines Akkumulators (z B Bleiakkumulator) oder einer Brennstoffzelle Entwickeln der Teilgleichungen bzw der Reaktionsgleichung fuumlr den Gesamtvorgang als Text und in der Formelsprache Anwenden des Donator-Akzeptor-Konzepts

Transfer der Vorteile des Erdgases wie auch der gewaumlhlten Variante Elektrizitaumlt auf die Bereiche Vorkommen Emissionen Handling sowie Fragen der Erzeugung

gesamt 24 54 22

27

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

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des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

112 Sanitaumlr-Silikon

Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo ca 90 Minuten

1 M1

Die folgenden Angaben sind auf der Verpackung von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo zu finden

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo wird im Sanitaumlrbereich zur Abdichtung von Badewannen Wasch- und WC-Becken sowie als Dehn- und Dichtungsfugen an Fliesen eingesetzt

Dieser Fugendichtstoff ist dauershyelastisch und wasserabweisend nach der Aushaumlrtung Er haftet ausgezeichnet auf Glas Fliesen Emaille und metallischen Oberflaumlchen nicht jedoch auf Polyethylenglas

bdquoSanitaumlr-Silikonldquo haumlrtet im Kontakt mit Luftfeuchtigkeit langsam aus Die Aushaumlrtung findet auch unter Wasser statt

Der auftretende Geruch nach Essig verliert sich nach endguumlltiger Durchhaumlrtung

Vollstaumlndige Aushaumlrtung bei +20degC und mittlerer Luftfeuchtigkeit 3-4 Tage

In den ersten Stunden nach dem Auftragen kann die Oberflaumlche des Fugenmittels mit Spuumllmittel benetztem Finger geformt werden ohne das bdquoSanitaumlr-Silikonldquo daran haften bleibt

Der ausgehaumlrtete Fugendichtstoff ist bis + 180degC temperaturbestaumlndig

28

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

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Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

M2 Der Fugendichtstoff wird vom Hersteller vorbehandelt bevor er in die Kartuscheabgefuumlllt wird Es wird dabei eine Vorkondensation durchgefuumlhrt zwischen demBasispolymer und dem Vernetzer Hierbei entsteht ein Polymer als ZwischenproduktDies wird mit weiteren Vernetzermolekuumllen wasserdicht in die Kartusche abgefuumllltBasispolymer Polydimethylsiloxan (HO-(Si(CH3)2-O)n-H)VernetzterRSi(OOCCH3)3

M3

Struktur von Glas

hell Sauerstoffatome dunkel Siliciumatome

(Abbildung aus Tausch-von Wachtendonk Chemie Stoff Formel Umwelt SekI CCBuchner Verlag)

29

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Aufgabenstellung

1 Beschreiben Sie in Form von Text und Reaktionssymbolen den Prozess der Vorkondensation und den Prozess des Aushaumlrtens unter Beachtung der in M1 und M2 genannten Bedingungen

2 Waumlhlen Sie aus der Verpackungsbeschreibung fuumlnf Eigenschaften desProduktes aus und erklaumlren Sie diese aus chemischer Sicht

3 Auch mit Kerzenwachs koumlnnen kleine Risse abgedichtet werden Begruumlnden Sie warum die Anwendung von Kerzenwachs anstelle von bdquoSanitaumlr-Silikonldquo keine geeignete Alternative zur Fugenabdichtung im Sanitaumlrbereich darstellt

ZusatzangabenKerzenwachs kann als ein Gemisch aus langkettigen Alkanen betrachtet werden

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften Reaktionen und Eigenschaften ausgewaumlhlter Kunststoffe Polykondensationsreaktionen Tenside

Erwartungshorizont

Aufgabe erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

30

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

1 Kompetenzen

Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingungsabhaumlngigkeit von Reaktionen Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln

Strukturformeln der angegebenen Molekuumlle Reaktionsablauf der Vorkondensation

Reaktionsablauf der Vernetzung Kondensation Zwischenverbindungen Endprodukt

Art der Darstellung (Symbole Formeln Gleichungen) Grad der Komplexitaumlt und Ideen der Vereinfachung

Sachlogischer Text Fachsprache

5 15 10

31

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

2 Kompetenzen

Interpretation von Sachtexten Nutzung von Informationen Erkennen von Kernaussagen und deren Verknuumlpfung mit erworbenem Wissen Erkennen der Zusammenhaumlnge zwischen Struktur und Eigenschaften der Stoffe

Bei der Textanalyse wird erwartet dass aus der Vielzahl der Textinformationen die Eigenschaften mit chemischer Relevanz erkannt werden Diese sind

dauerelastisch

Die senkrechten Vernetzungseinheiten zwischen den langen waagerechten Siliconketten lassen eine gewisse Verschiebung innerhalb der Struktur zu Daher ist das Material elastisch

wasserabweisend Die CH3-Gruppen der Seitenketten machen den hydrophoben Charakter des Molekuumlls aus Er kommt besonders zum Tragen wenn sich das Makromolekuumll durch die Verankerung auf dem Untergrund so ausrichtet dass die Methylgruppen nach auszligen ragen

Haftung auf GlasKurze Erklaumlrung der Glasstruktur Die partiell negativ geladenen Sauerstoffatome der Silikonkette bilden zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Metall-Kationen im Glas In Analogie koumlnnen zwischenmolekulare Bruumlcken zu den Atomruumlmpfen im Metallgitter angenommen werden

Keine Haftung auf PESkizzierung von PE-Struktur Es sind keine positiv geladenen Anknuumlpfungspunkte fuumlr zwischenmolekularen Bruumlcken vorhanden

Tenside verhindern eine Haftung des Materials anden Haumlnden Das unpolare Ende der Tenside richtet sich zur hydrophoben Oberflaumlche des Sanitaumlr-Silikons aus waumlhrend sich das polare Ende des Tensids zu den (feuchten) Haumlnden ausrichtet Somit wird eine Verankerung des Makromolekuumlls mit positiv geladenen Anknuumlpfungspunkten der Haut

hl

32

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Aushaumlrtung mit WasserHinweis auf den in Aufgabe 1 erarbeiteten Reaktionsablauf Wasser katalysiert den Reaktionsablauf

Vollstaumlndige Aushaumlrtung innerhalb von 3-4TagenPolykondensation ist eine langsam ablaufende Reaktion

EssiggeruchBei der stattfindenden Polykondensation ist Ethansaumlure ein Endprodukt Ist die Vernetzung vollstaumlndig abgeschlossen werden keine weiteren Ethansaumluremolekuumlle freigesetzt

Temperaturbestaumlndigkeit bis +180degCAufgrund der Groumlszlige des Molekuumlls liegt der Siedepunkt sehr hoch Eine Temperatur von gt180degC reicht dagegen bereits aus die innermolekularen Kraumlfte zu uumlberwinden Der Stoff siedet nicht er zersetzt sich

Bei sehr differenzierten Erklaumlrungen kann trotzunvollstaumlndiger Auflistung der Eigenschaften die vollePunktzahl gegeben werden

15 30 5 3

Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften Beurteilung von Eigenschaften unter neuen Perspektiven

Eigenschaften des Paraffins in Abhaumlngigkeit von der Struktur aufzeigen Einsatz von Paraffin beurteilen (wasserabweisend formbar kostenguumlnstig aber bruumlchig nicht temperaturbestaumlndig kaum haftend)

15 5 Summe 20 60 20

Literatur PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone

33

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

113 Luftbatterie

Leistungskurs Luftbatterie 100 Minuten

Material

M 1 Zeitungsartikel Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft

Ladegeraumlt fuumlr Handys und PDAs

Das sollrsquos ja auch noch geben Keine Steckdose weit und breitEin Albtraum fuumlr die Mobilteleshyfonierer Die Loumlsung Ein tragbashyrer Akkulader der den Strom soshyzusagen aus der Luft holt

Die US-amerikanische FirmaElektric Fuel (httpwwwelectricshyfuelcom) hat das Instant-Power-Ladeset hergestellt []

Das Set bezieht seine Energie ausdem hemdtaschen-groszligen bdquoPower-Packldquo einer speziellen Zink-Luft-Batterie

Aktiviert wird sie durch den Konshytakt mit dem in der Luft enthaltenenSauerstoff Nach Herstellerangabensoll der Ladevorgang bereits nachrund zwei Stunden abgeschlossensein Abgeschaltet wird das Power-Packldquo schlicht dadurch dass man eswieder in die mitgelieferte Schutzshytasche steckt

Wie es heiszligt sollen insgesamt bis zu drei Ladezyklen moumlglich sein Danach koumlnnen die Zink-Luft-Batterien wieder bdquoproblemlosldquo wie Alkaline-Batterien entsorgt werden so der Hersteller

Die bdquoLuftldquo-Ladegeraumlte sind bereits fuumlr viele der gaumlngigsten Handys erhaumlltlich und inzwischen auch fuumlr einige PDAs die bdquopersoumlnlichen digitalen Assistentenldquo Das Ladegeraumlt-

Set kostet ca 40 DM die Ersatzbatterie schlaumlgt mit ca 25 DM zu Buche

Die Kosten duumlrften derzeit einer weiteren Verbreitung im Wege stehen Denn selbst ein teurer Handy-Ersatzakku ist auf Dauer guumlnstiger Dennoch duumlrfte die Technologie in Zukunft von sich reden machen

34

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Quelle Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001

M2 Technische Daten

Power Pack EF-33-C (aus Onlineprospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach httpwwwdntde) Aufbau 4 Zink-Luft Batteriezellen Spannung 56 V Kapazitaumlt 3300 mAh Gewicht 76 g Lagertemperatur -20deg C bis 50deg C (in Originalverpackung) Haltbarkeit 24 Monate (in Originalverpackung) bis zu drei Monate

nach erfolgter Aktivierung Entsorgung wie alle Standard-Alkaline-Batterien

M3 Zusatztext Werbetext fuumlr das Power-Ladeset Niemand geht mehr ohne Handy auf eine Reise Zuvor muss der Akku voll aufgeladen sein Vergessen Sie nicht den AdapterSie sind auf einer mehrtaumlgigen Trekkingtour weitab von der Zivilisation und muumlssenHilfe anfordern Aber ihr Handy-Akku ist leer Was tunDas Power-Ladeset ist die Rettung

Arbeitsauftraumlge

1 Erklaumlren Sie die elektrochemische Wirkungsweise des Power-Pack nutzen Sie relevante elektrochemische Fachbegriffe und geben Sie entsprechende Reaktionsgleichungen an

2 Planen Sie einen Modellversuch zur elektrochemischen Wirkungsweise des Power-Pack Stellen Sie Ihr Ergebnis mittels Schemazeichnung zum Versuchsaufbau dar Fuumlhren Sie den Modellversuch durch und messen Sie die Zellspannung

3 Berechnen Sie die zu erwartende Zellspannung und vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit den Angaben des Herstellers

4 Nennen Sie Gruumlnde warum sich die power-packs nicht flaumlchendeckend durchgesetzt haben Neben den Kosten spielen noch andere Gruumlnde eine Rolle

Zusatzangaben

1 ChemikalienKaliumhydroxidloumlsung mit c(KOH) = 3mol sdot L-1

2 Annahme Die Konzentration des Sauerstoffs an der Elektrode wird zur Vereinfachung mit c(O2) = 1 mol sdot L-1 angenommen

Die Konzentration der Zink-Ionen in der Loumlsung betraumlgt c(Zn2+)= 10 ndash6 mol sdot L-1

35

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Anmerkungen

Hilfsmittel Taschenrechner Tabellenwerk

Geraumlte Fuumlr die Durchfuumlhrung des Experiments werden eine Auswahl geeigneter Glasgeraumlte Elektroden ein Multimeter und Kabelmaterial zur Verfuumlgung gestellt

2 HinweisFalls der Versuch nicht geplant oder nicht mit einem angemessenen Ergebnis abgeschlossenwird kann dem Pruumlfling ein Ersatzergebnis fuumlr die Loumlsung des Aufgabenteils 3 angegebenwerden

Unterrichtliche Voraussetzungen Aus dem Unterricht ist die galvanische Zelle mit ihren technischen Anwendungen bekannt (Leclanchersquo-Element Bleiakkumulator moumlglicherweise Brennstoffzelle) Die Elektrolyse verschiedener Loumlsungen (zB Kalilauge Schwefelsaumlure Natriumchlorid-Loumlsung) wurde durchgefuumlhrt und die Abscheidungspotenziale ermittelt Die entsprechenden fachlichen Inhalte (Anode Kathode Polung Loumlsungsdruck Potenzial Spannungsreihe Potenzialdifferenz) sind bekannt und wurden an verschiedenen Beispielen angewandt Die Pruumlflinge sind es gewohnt Experimente selbststaumlndig zu planen und durchzufuumlhren

Erwartungshorizont

Aufgabe

1 Kompetenzen

erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche Bewertung

I II III

Nutzungen von Informationsquellen erkennen von Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen verknuumlpfen der Informationen mit dem erworbenen Wissen

Beschreibung und Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Erkennung der relevanten Aussagen Zink wird oxidiert Anode (ndash)shyPol Sauerstoff wird reduziert Katode (+)-Pol Elektronenuumlbertragung Stromfluss Sauerstoffzufuhr von auszligen damit der bdquoLadevorgangldquo ablaumluft 10 15

2 Zn(s) rarr 2 Zn2+ (aq) + 4 endash

2 H20 + 02 +4endash rarr 4 OHndash (aq)

2 Zn(s) + 02 + 2 H2O rarr 2 Zn2+(aq) + 4 OHndash (aq)

____________________________________________________________

36

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

2 Kompetenzen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung Beobachtung Beschreibung und Auswertung chemischer Experimente

Anwendung vertieften Verstaumlndnisses auf chemischer Phaumlnomene

Sauerstoff reagiert von auszligen zugefuumlhrt an einer inerten Elektrode (z B Graphit) Zinkblech dient als Zinkelektrode Kalilauge als Elektrolyt Diaphragma Zeichnung Lit (2) S 46 Versuchsaufbau und Durchfuumlhrung Messwert wird angegeben ca 135 V

15 20 10 3 Kompetenzen

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben an

Betrachten von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven und sachgerechte Bewertung auf der Grundlage chemischer Kenntnisse

U = UH(O2 4OHndash) minus UH(Zn2+ Zn)

UH (O2 4OHndash (c=3mol bull L-1)) =

UH 0(O2 4OHndash) +

4 0059 V bull lg 1

1

L3mol L1mol

minus

minus

bull bull =

04 V ndash 0007 V = 0393 V UH(Zn2+( c= 0000001 mol bull L-1 ) Zn) =

UH 0 (Zn2+ Zn) +

2 0059 V bull lg minus

minus

bull bull

L1mol L0000001mol 1

=

ndash 076 V ndash 0177V = ndash 0937 V

U = 0393 V ndash (ndash 0937 V) = 1330V

Aus der Firmenangabe ergibt sich dass jede Einzelzelle eine Spannung von 14 V abliefert Bewertung des Ergebnisses

20 10

Gesamt 25 55 20

Literatur

1 Zeitungsartikel (Westdeutsche Allgemeine Zeitung WAZ vom 05Juli 2001) 2 Jansen W u a Elektrochemie Aulis Kolleg Chemie Aulis Koumlln 1982 3 Online-Prospekt der Firma Drahtlose Nachrichtentechnik 63128 Dietzenbach

httpwwwdntde

37

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

114 Sulfasalazin ein Medikament

Leistungskurs Sulfasalazin ca 100 Minuten

Material

Sulfasalazin (M1) ist ein Medikament dass auf Grund seiner besonderen Vertraumlglichkeit bei Rheumaerkrankungen (auch bei Jugendlichen und Kindern) und auf Grund seiner spezifisch lokalen Wirkung bei Entzuumlndungen des Dickdarms (zB morbus crohn - eine besonders schwer zu behandelnde und tuumlckische Krankheit) zum Einsatz kommtIm ROumlMPP CHEMIE LEXIKON findet man

Sulfasalazin Internat Freiname fuumlr die 2-Hydroxy-5-[4-(2-pyridylsulfamoyl)-phenylazo]shybenzoesaumlure C18H14N4O5S MG 39839 die fruumlher Salazosulfopyridin genannt wurde S bildet braun-gelbe Kristalle Schmp 240ndash245deg (Zers) unloumlslich in Wasser Benzol Ether wenig in Alkohol Lagerung vor Licht u Luft geschuumltzt Im Verdauungstrakt wird S enzymatisch in seine Komponenten Sulfapyridin (M2) und Mesalazin (M3) gespalten Auf letzteres fuumlhrt man die entzuumlndungshemmende Wirkung von S bei schweren Dickdarmentzuumlndungen zuruumlck Uumlber Infertilitaumlt bei S-Langzeittherapien

Das Praumlparat ist ein prodrug es wird als Dragee oral verabreichtIn der Patentschrift von 1942 und in verschiedenen weiteren Quellen werden fuumlr die SyntheseSulfapyridin und Salicylsaumlure (M4) als Ausgangsstoffe angegeben

Zusatzangaben

NH SO2 N N OH N

COOH

M1 Sulfasalazin

NH SO2 NH2 N

M2 Sulfapyridin

OH

COOH

H2N OH

COOH

M3 Mesalazin M4 Salicylsaumlure

Aufgabenstellung

1 Der Name des Medikaments setzt sich aus verschiedenen Silben zusammen die auf die unterschiedlichen Baugruppen des Molekuumlls schlieszligen lassen Zeigen Sie die Baugruppen auf und begruumlnden Sie das auffaumlllige Loumlsungsverhalten des Wirkstoffes

2 Begruumlnden Sie die Freisetzung der Wirkstoffe im Darm und bewerten Sie die pharmakokinetische Problematik der oralen Darreichung Ziehen Sie hierbei Vergleiche zu bekannten Praumlparaten

38

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

3 Entwickeln Sie ein Laborexperiment das die Spaltung des Praumlparates ohne Enzym nachbildet und stellen Sie die Reaktionsfuumlhrung begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

4 Schlagen Sie eine Reaktionsfuumlhrung fuumlr die Synthese begruumlndet vor (Mechanismus experimentelle Bedingungen)

3 Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Die molekularen Bausteine sind aus der Diskussion aromatischer Systeme in den Themen Parmaka und Drogen und Farbstoffe bekannt Die Sulfa-Gruppe ist unbekannt Aufgabe 1 Loumlseeigenschaften wurden im Zusammenhang mit der Besprechung der ASS

und der Sulfonierung von Aromaten besprochen Hier wurden auch Substituenten- sterische und elektrische Einfluumlsse auf die Loumlslichkeit von Ringsystemen und Farbstoffen diskutiert der im Arbeitsauftrag hergestellte Gesamtzusammenhang ist neu

Aufgabe 2 Galenikprobleme und die Steuerung von Wirkstofffreisetzungen uumlber den pH-Wert wurden an ASS und Abkoumlmmlingen behandelt Argumentationsmuster uumlber das chemische Gleichgewicht wurden in Vertiefung der Aussagen zum Massenwirkungsgesetz im 2-Kompartimentmodell geuumlbt Die Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung wurde uumlber die Diskussion der minimalen therapeutisch wirksamen Konzentration mit grafisch unterstuumltzten Simulationsmodellen erarbeitet Die Zusammenfuumlhrung der Betrachtungen ist fuumlr die Pruumlflinge neu

Aufgabe 3 Die Stabilitaumlt der Azo-Gruppe wurde an verschiedenen Beispielen diskutiert (zB Kongorot) Die Bildung von Aminen aus Nitro-Verbindungen ist bekannt Die Spaltung der Azo-Gruppe zur Darstellung der beiden Amine ist neu Die Entwicklung eigener Versuchsvorschriften wurde in der Qualifikationsphase durchgaumlngig eingeuumlbt

Aufgabe 4 Azokupplungen wurden an verschiedenen Beispielen (auch im Schuumllerexperiment) bearbeitet (zB Methylorange) Der Synthesemechanismus ist bekannt Orientierung auf Grund von Substituenteneinfluumlssen wurden insbesondere bezogen auf die OH-Gruppe untersucht Medikamente mit Azo-Gruppe wurden nicht besprochen

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo- und Salicyl- mit fachsprachlich korrekter Darstellung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen

(Eine Anmerkung zur Sulfa-Gruppe im Vergleich zur Sulfonyl-Gruppe ist erwuumlnscht auch ohne diese Anmerkung ist die Aufgabe argumentativ loumlsbar) Sulfa- Carbonsaumlure- und OH-Bausteine-Substituenten

39

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

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  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

weisen auf gute Wasserloumlslichkeit hin die Ringsysteme auf Loumlslichkeit in unpolaren Loumlsemitteln Der Sulfa-Baustein ist durch die Anbindung des heterocyclischen Rings in seiner polaren Wirkung gehemmt abgeschirmt Carbonsaumlure- und OH-Substituent koumlnnen auf Grund der +I-Effekte des tragenden Ringsystems nicht protolysieren

5 12 3

2 Kompetenzen

Sachgerechte Klaumlrung und Darstellung komplexer Fragestellungen mit Reorganisation bekannter Gegenstaumlnde begruumlndetes Bewerten von Sachproblemen

Notwendig ist eine saumlureresistente Ummantelung des Dragees Wegbeschreibung des Dragees uumlber Magen (sauer) in den Darm (basisch) Im Darm ist die Loumlslichkeit erhoumlht (Salzbildung) Argumentation uumlber Gleichgewichtslagen und Kompartimentmodell Enzymatische Spaltung rarr Konkurrenz zwischen Wirkstofffreisetzung und Ausscheidung Zeit- und Konzentrationsproblem bei der Applikation der Wirkstoffe im Darm rarr Langzeittherapeutikum Dosierungsproblematik (LD50) Vergleich mit zB mit ASS (Ester wird im Darm gespalten

Verseifung)

10 15 5

3 Kompetenzen

Selbststaumlndige Erarbeitung von Experimenten zur Problemloumlsung Wissen reorganisieren und argumentativ gestuumltzt vernetzen Beitraumlge durch grafische Darstellungen unterstuumltzen

Stabilitaumltsbetrachtung Azo-Gruppe bdquovertraumlgtrdquo keine hohen Temperaturen N2-Abspaltung Variante 1 Oxidative Spaltung der Azo-Gruppe und anschlieszligende Hydrierung uumlber Katalysator in geringer Waumlrme Oder bull Variante 2 Direkte Hydrierung mit KatalysatorDarstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit

Ladungsverteilung Angriffslokalisierung Umlagerungen der Bindungen

Lit Organikum

10 15 5

4 Kompetenzen Anwenden von Kenntnissen uumlber chemische Reaktionsfuumlhrungen in neuen Problemsituationen

Herstellung des Diazoniumsalzes aus M2 durch Umsetzung mit Natriumnitrit in salzsaurer Loumlsung in der Kaumllte rarr Diazoniumion Umsetzung mit M4 rarr Produkt faumlllt aus (Loumlseverhalten)

40

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Anwendung des bekannten Mechanismus (Ladungsverteilung) der dirigierende Einfluss der OH-Gruppe muss deutlich und begruumlndet herausgearbeitet werden

5 9 6

gesamt 30 51 19

12 Aufgabenbeispiele fuumlr das Grundkursfach

121 Chemische Reinigung

Grundkurs Chemische Reinigung ca 60 Minuten

Material

Viele chemische Reinigungen benutzen fuumlr die sogenannte ldquoTrockenreinigungrdquo (wasserfreies Reinigungsbad) empfindlicher Kleidungsstuumlcke das unpolare organische Loumlsungsmittel PER das aber als potenziell umweltschaumldlich angesehen wird Als Alternative entwickelte der amerikanische Chemiker J M DeSimone ein Reinigungsverfahren bei dem fluumlssiges Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel zum Einsatz kommt (Kohlenstoffdioxid liegt z B bei 20degC und einem Druck groumlszliger oder gleich 554 x 103 hPa fluumlssig vor) Das Kohlenstoffdioxidmolekuumll ist unpolar das Loumlsungsvermoumlgen fuumlr unpolare Schmutzpartikel ist bei fluumlssigem Kohlenstoffdioxid jedoch schlechter als das von PER Wasserloumlsliche Verunreinigungen (z B Salze aus Schweiszligabsonderungen oder Zucker aus Getraumlnken) lassen sich naturgemaumlszlig nur schlecht mit reinem fluumlssigem Kohlenstoffdioxid entfernen JM DeSimone ist es gelungen Polymere zu entwickeln die als Zusatz zu fluumlssigem Kohlenstoffdioxid die Loumlslichkeit sowohl von hydrophilen als auch von hydrophoben Verunreinigungen in fluumlssigem Kohlenstoffdioxid verbessern Im Gemisch und Zusammenspiel mit diesen neuen chemischen Hilfsstoffen wurde Kohlenstoffdioxid zu einem effizienten Loumlsungsmittel fuumlr die chemische Reinigung

H CH2 CH CH2 CH H

n m

C=O

O CH2 (CF2)6 CF3

ldquoCO2 ndash phobesrdquo Segment ldquoCO2 ndash philesrdquo Segment

Grundstruktur des DeSimone-Tensids

O = C =O

Strukturformel desCO2-Molekuumlls

41

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Die bdquoCO2 ndashphilenldquo Segmente sind fuumlr die Loumlslichkeit des Polymers im Loumlsungsmittel CO2 verantwortlich Die oben abgebildeten bdquoCO2 ndashphobenldquo Segmente koumlnnen durch chemische Veraumlnderungen staumlrker lipophil oder staumlrker hydrophil gestaltet werden und damit die Abloumlsung von Schmutz unterschiedlicher Eigenschaften hervorrufen

Aufgabenstellung

1 Erlaumlutern Sie den bdquoCO2-phobenldquo bzw bdquoCO2-philenldquo Charakter der entsprechenden Segmente im DeSimone-Tensid und erklaumlren Sie die Beeinflussung der Schmutzabloumlsung durch chemische Veraumlnderung des Tensids

2 Erklaumlren Sie unter Mitverwendung geeigneter Skizzen wie die Polymere von DeSimone als Reinigungsmittel sowohl fuumlr hydrophilen als auch fuumlr lipophilen Schmutz wirken wenn Kohlenstoffdioxid als Loumlsungsmittel verwendet wird GehenSie bei Ihrer Erklaumlrung auf die Aumlhnlichkeiten zum Reinigungsverfahren mit Wasser und Seife ein

3 Das oben angegebene Polymermolekuumll kann aus 2 Monomertypen hergestellt werden Geben Sie die Strukturformeln der Monomere an und nennen Sie einen denkbaren Verknuumlpfungsmechanismus Stellen Sie dar welches augenfaumlllige Problem bei der Prozessfuumlhrung im Hinblick auf das angestrebte Produkt bewaumlltigt werden muss

4 Bewerten Sie den Einsatz des beschriebenen Reinigungsverfahrens unter oumlkologischen Gesichtpunkten und begruumlnden Sie Ihre Einschaumltzung

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Zusammenhang zwischen Molekuumllstruktur und Eigenschaften Tenside und Seifen als waschaktive Substanzen Waschwirkung radikalische Polymerisation oumlkologische Problematik der Halogenkohlenwasserstoffe

Erwartungshorizont

Aufg Erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Auswahl der Kernaussagen aus Text und Bild Erkennen desZusammenhangs zwischen Struktur und EigenschaftenVeranschaulichung der chemischen Sachverhalte unterangemessener Nutzung der Fachsprache bzw unter Verwendunggeeigneter Formeln

CO2 ist ein unpolares Molekuumll in Folge der raumlumlichen

42

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Anordnung die Bindung zwischen C und O ist jeweils polar Analoges gilt fuumlr den Molekuumllteil -CH2(CF2)6CF3 die Bindung zwischen C und F ist polar Wechselwirkung im Sinne von bdquoGleiches loumlst hellipldquo ist zwischen den polaren Molekuumllabschnitten moumlglich Im CO2-phoben Segment sind auch die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen unpolar keine nennenswerte bindende Wechselwirkung zum CO2-Molekuumll moumlglich

Abwandlung des CO2-feindlichen Segmentes durch Einfuumlhrung geeigneter Substituenten in den Ring hydrophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit hydrophilen Substanzen ( z B -COOH - OH NH2 ) lipophile Reste verbessern die Wechselwirkung mit lipophilen Substanzen (z B - (CH2)10 -CH3) 8 16 6

2 Kompetenzen Betrachtung des Sachverhaltes aus unterschiedlichenPerspektiven Erkennen der vertikalen Vernetzung der Kenntnisseinnerhalb eines Sachzusammenhangs Darstellung desSachverhaltes in geeigneter Form etwa durch Verwendung vonSkizzen

Abloumlsung von Schmutz (polar und unpolar) von der Faser Halten von Schmutz (polar und unpolar) in der bdquoWaschflotteldquo (CO2-freundliches Segment stets in Richtung CO2 2 Varianten des CO2-feindlichen Segmentes mit hydrophilem bzw lipophilem Anteil)

Vergleich mit der Anordnung der Seifenanionen relativ zum Schmutz in Wasser

8 24 8

3 Kompetenzen

Anwendung von Kenntnissen uumlber den Verlauf chemischer Reaktionen Darstellung in Formeln

Strukturformeln der beiden Monomere z B radikalische Polymerisation Problem Erzielung der besonderen Reihenfolge

8 8 4

gesamt 24 52 24

Literatur Green Chemistry GDCh Wiley-VCH ISBN 3-527-30815-6 S 112 ff insbesondere S 127f

43

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

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Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

122 Untersuchung eines Backtriebmittels

Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60 Minuten

4 Material

Fehler Unbekanntes Schalterargument

Beschreibung auf der VerpackungFUCHS Hirschhorn Salz (Ammoniumhydrogencarbonat E 503) minus ist ein Backtriebshymittel das seine volle Aktivitaumlt bei Backtemperaturen von uumlber 60 degC entfaltetEs dient damit der Lockerung und Verfeinerung von Dauerbackwaren wie Leb-und Honigkuchen Printen Makronen Hart- und Weichkeks sowie Biskuits

5 Aufgabenstellung

1 Entwickeln Sie einen Plan zur Durchfuumlhrung eines Modellexperiments fuumlr die Wirkung von Hirschhornsalz beim Backen Entwerfen Sie eine

Skizze fuumlr eine geeignete ExperimentieranordnungPlanen Sie den Nachweis zweier Reaktionsprodukte

Fuumlhren Sie die entsprechenden Experimente durch und werten Sie Ihre Beobachtungen aus

2 Uumlberpruumlfen Sie die waumlssrige Loumlsung von Hirschhornsalz mit einem geeigneten Indikator

Begruumlnden Sie Ihre Beobachtungen

3 Neben Hirschhornsalz enthalten einige andere Backtriebmittel auch feste Saumluren zB Citronensaumlure Beim Loumlsen dieses Gemisches in Wasser ist eine Gasentwicklung zu beobachten die zum Auftreiben des Teigs fuumlhrt

Erlaumlutern Sie diesen Sachverhalt unter Einbeziehung von Reaktionsshy gleichungen (verkuumlrzte Ionenschreibweise)

Begruumlnden Sie die besondere Eignung dieses Stoffgemisches als Backtriebmittel

44

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

6 Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) Barytwasser oder Kalkwasser Kupfer(II)-sulfat entwaumlssert Universalindikatorpapier bzw Universalindikatorloumlsung dest Wasser

Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr Gasableitungsrohr Reagenzglaumlser Stopfen Glasstab

oder andere geeignete Geraumlte zur thermischen Zersetzung und fuumlr die Nachweisreaktionen

Reagenzglashalter bzw Stativ Brenner Spatel Tropfpipetten

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte pHminusWert Indikatoren Ammoniumsalze Hydrogensalze Dissoziationsgleichungen Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

45

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Plan mit entsprechender Skizze Thermische Zersetzung von Ammoniumhydrogenshycarbonat Nachweis der Reaktionsprodukte zB Entstehung von CO2 minus Nachweis mit Barytwasser Entstehung von NH3 minus Nachweis mit Universalshyindikator und Geruchsprobe

Durchfuumlhrung Beobachtungen

Auswertung unter Einbeziehung einer Reaktionsshygleichung (NH4)HCO3 ⎯rarr NH3 + CO2 + H2O 15 30

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung und Beobachtung

Begruumlndung zB Dissoziationsgleichung fuumlr (NH4)HCO3 da KB (HCO3

minus) gt KS (NH4 +)

HCO3 minus + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

folglich Uumlberschuss an OHminus waumlssrige Loumlsung reagiert alkalisch 10 15 10

3 Kompetenzen

Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Gleichgewichtskonzept)

Bei der Reaktion der festen Saumlure mit Wasser entstehen Hydronium-Ionen die mit den Hydrogenshycarbonat-Ionen reagieren

RminusCOOH + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ H3O+ + RminusCOOminus

HCO3 minus + H3O+

larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

46

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

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2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

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Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

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Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

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des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Beeinflussung der Gleichgewichte (siehe 2) in Richtung Neutralitaumlt des Teigs beim Backen 15 5

Gesamt 25 60 15

47

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

123 Citronensaumlure

Grundkurs Citronensaumlure ca 60 Minuten

Material

Das Medikament Blemarenreg wird zur Behandlung von Harnleiden (Harnsaumlureshysteinen) eingesetzt

M 1 Auszug aus der Packungsbeilage fuumlr das Medikament Blemarenreg

Zusammensetzung 1 Brausetablette enthaumllt Arzneilich wirksame Bestandteile

Citronensaumlure wasserfrei 11970 mg Natriumcitrat wasserfrei 8355 mg Kaliumhydrogencarbonat 9675 mg

Dosierung Dazu ist dreimal am Tag nach Kontrolle des Harn-pHminusWertes die erforderliche Dosis an BlemarenregN-Brausetabletten in aufgeloumlster Form nach den Mahlzeiten einzunehmen Nur so koumlnnen Sie den optimalen Harn-pHminusWert zwischen 62 und 68 erreichen

M 2 Citronensaumlure (2minusHydroxyminus123minuspropantricarbonsaumlure)

H2C minus COOH I

HOminusC minus COOH I

H2C minus COOH

ist eine farblose kristalline Festsubstanz Die Salze heiszligen Citrate

7 Aufgabenstellung

Untersuchen Sie die Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg Fuumlhren Sie dazu die Experimente 1 bis 3 durch und werten Sie diese ausBegruumlnden Sie Ihre Beobachtungsergebnisse gegebenenfalls unter Einbeziehungvon Reaktionsgleichungen und entsprechenden Berechnungen

1 Bestimmen Sie den pHminusWert einer Citronensaumlureloumlsung (c = 01 mol l ndash1) und einer Kaliumhydrogencarbonatloumlsung (c = 01 mol l ndash1)

2 Stellen Sie ein Gemisch aus Citronensaumlure (1 Spatelspitze) und Natriumcitrat (Trinatriumcitrat minus 1 Spatelspitze) her und loumlsen Sie

48

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

3

dieses in 10 ml Wasser

Untersuchen Sie den Einfluss von Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1) bzw Natronlauge (c = 01 mol l ndash1) auf die Loumlsung

Fuumlhren Sie einen Parallelversuch zu 2 durch Verwenden Sie an Stelle des Citronensaumlure-Citrat-Gemisches eine Tablette des Medikaments Blemarenreg geloumlst in 200 ml Wasser

Leiten Sie aus den Beobachtungsergebnissen aller Experimente Aussagen zur Wirkung der Inhaltsstoffe von Blemarenreg ab

Zusatzangaben

Citronensaumlure kann in Berechnungen naumlherungsweise als einprotonige Saumlure angenommen werden pKS1(Citronensaumlure 1Protolysestufe) = 294

Anmerkungen

Hilfsmittel

Tafelwerk programmierbarer Taschenrechner

Unterrichtliche Voraussetzungen

Protolysegleichgewichte Pufferloumlsungen Berechnung von pHminusWerten Indikatoren Hydrogensalze

Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte

Blemarenreg N-Brausetabletten (rezeptfrei in Apotheken pro Arbeitsplatz 1 Tablette)Salzsaumlure (c = 01 mol l ndash1)Natronlauge (c = 01 mol l ndash1)CitronensaumlureNatriumcitrat (Trinatriumcitrat)KaliumhydrogencarbonatUniversalindikatorloumlsung bzw pHminusMeterdest Wasser

49

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Becherglaumlser (250 ml) Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Tropfpipetten Spatel

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

BewertungI II III

1 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung chemischer Aufgaben

Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache (Reaktionsgleichungen)

Citronensaumlure minus Beobachtung

H2C minus COOH H2C minus COO minus

I I HOC minus COOH + H2O larr ⎯⎯

⎯ rarr⎯ HOC minus COOH I I

H2C minus COOH H2C minus COOH

+ H3O+

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten)

Berechnung pH = 2

Kaliumhydrogencarbonat minus Beobachtung HCO3

minus + H2O larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + H2O + OHminus

Berechnung pH = 976

5 10

2 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Strukturieren des erworbenen Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Konzept)

Durchfuumlhrung

Beobachtungen zB geringfuumlgige Veraumlnderung der Farbe des Indikators nach Zugabe von NaOH bzw HCl (Tropfenanzahl)

50

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Wirkung CitronensaumlureNatriumcitrat wirkt als Puffergemisch Konstanthaltung des pHminusWerts der Loumlsung bei Zugabe einer Saumlure bzw Base Erhoumlhung der c(H3O+) Abfangen der Hydronium-Ionen durch Bildung der Citronensaumlure Erhoumlhung der c(OHminus) Abfangen der Hydroxid-Ionen durch Reaktion mit Hydronium-Ionen Bildung von Citrat-Ionen 10 40 10

3 Kompetenzen

Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines Experiments

Erkennen und Beschreiben der Bedeutung der angewandten Chemie (Wirkung des Medikaments)

Durchfuumlhrung und Beobachtungen

Auswertung CitronensaumlureNatriumcitrat in Blemarenreg wirkt als Puffergemisch Kaliumhydrogencarbonat bewirkt eine Erhoumlhung des pHminusWerts Brauseeffekt HCO3

minus + H3O+ larr ⎯⎯ ⎯ rarr⎯ CO2 + 2 H2O

(Gleichung mit H+ ist auch als richtig zu werten) 10 10 5

Gesamt 25 60 15

Literatur

Packungsbeilage bdquoBlemarenregN-Brausetablettenldquo esparma GmbH Osterweddingen

51

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

2 Aufgabenbeispiele fuumlr die muumlndliche Pruumlfung

21 Aufgabenbeispiel fuumlr den Leistungskurs

211 Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Aufgabenstellung

1 Elektrochemische Vorgaumlnge koumlnnen durch folgende allgemeine Gleichung dargestellt werden

-+ + + Eel

2

An

Un

AtUnAuVeElAbEnW

Be

GeStGlKu

Oxidations-mittel 1

Bestaumltigen SieIhnen stehen StromversorgSchwefelsaumlurU-Rohre Bec(Spannungsm

Erlaumlutern Sie unter Einbezie

merkungen

terrichtliche Vo

ombau und Redotersuchen redoxsbildung elektrocrgleich der stoffli

ementen und Eleleiten von Energergiegewinnung iederaufladbare e

reitzustellende

raumlte romversorgungsguumlhlampe pfer- Zink- Grap

Reduktionsmittel 2

experimentell diesedazu folgende Materungsgeraumlt Motor Gleloumlsung Salzsaumlure herglaumlser einfach bzessgeraumlt)

Ihre Loumlsungsstrategihung von Reaktions

raussetzungen

xreaktionen bei Nebchemischer Vorgaumlnghemischer Potenziachen und energetiscktrolysen ieumwandlungen M

lektrochemische Ele

Chemikalien und G

eraumlt Motor

hit-Elektroden

+Oxidations-mittel 2

Aussageialien zur Verfuumlgunuumlhlampe Kupfer- Kupfer(II)-sulfat- unw doppelt durchbo

e und erklaumlren Siegleichungen und T

engruppenelemente als elektrochemilehen Aumlnderung bei

oumlglichkeiten der alt

mente

eraumlte

ChemikalienSchwefelsaumlureKupfer(II)-sulfa

Reduktionsshymittel 1

g Zink- Graphit-Elektrodend Zinksulfatloumlsung hrte Stopfen Multimeter

die ablaufenden Prozesse eilgleichungen

en sche Prozesse

elektrochemischen

ernativen

loumlsung Salzsaumluret- und Zinksulfatloumlsung

52

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

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2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

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Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

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Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

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des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

U-Rohre Becherglaumlser einfach bzw doppelt durchbohrte Stopfen Multimeter (Spannungsmessgeraumlt)

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Hypothesen bilden Voraussagen formulieren und diese experimentell uumlberpruumlfen Selbststaumlndige Planung Durchfuumlhrung und Auswertung von Experimenten zur Loumlsung einer Aufgabenstellung Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

Auswahl einer Redoxreaktion bei der elektrische Energie entsteht bzw einer Reaktion bei der durch elektrische Energie der Redoxprozess erzwungen wird oder eines elektrochemischen Redoxgleichgewichts Durchfuumlhrung der Experimente zB Elektrolyse von Salzsaumlure und Messen der Spannung nach Abschalten des elektrischen Stromes (galvanische Zelle) Aufbau einer galvanischen Zelle und einer Elektrolyse 15 35 10

2 Kompetenzen

Interpretation chemische Reaktionen auf der Teilchenebene Strukturieren erworbenes Wissen uumlber chemische Reaktionen auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte (Donator-Akzeptor-Prinzip)

Erklaumlren der Loumlsungsstrategie Erlaumlutern der experimentellen Ergebnisse Darstellung der Energieumwandlungen Reaktionsgleichungen fuumlr die Elektrodenreaktionen bei der Elektrolyse und in der galvanischen Zelle Erlaumluterung des Redoxprozesses und der Leitungsvorgaumlnge 10 25 5

gesamt 25 60 15

53

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

54

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

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2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

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Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

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Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

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des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom freiwilligen Verlauf der chemischen Reaktionen beielektrochemischen Elementen kann im Pruumlfungsgespraumlch zur Thermochemieuumlbergeleitet werden (z B Reaktionsenergie Reaktionsenthalpie und freie ReaktionsenthalpieAbhaumlngigkeit des freiwilligen Verlaufs chemischer ReaktionenDiskussion des freiwilligen Verlaufs der AmmoniaksyntheseNutzung der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung)

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22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

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2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

22 Aufgabenbeispiele fuumlr den Grundkurs

221 Puffersysteme

Grundkurs Puffersysteme

Material

M1 In einem Chemielabor werden Elektroden fuumlr pH-Meter mit Pufferloumlsungen kalibriertDazu werden von den Herstellerfirmen zum Beispiel Pufferloumlsungen mit den pH-Werten 401 687 und 918 empfohlen (M1 M3)1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen bdquoKalibrieren- Am pH-Meter die Temperatur der Pufferloumlsung einstellen - Verschluss von der Nachfuumllloumlffnung der Elektrode abnehmen Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen - Elektrode in die Pufferloumlsung mit dem pH-Wert in Neutralpunktnaumlhe (pH 687) eintauchen und Einstellknopf Nullpunkt(∆ pH) zur Anzeige bringen - Elektrode mit destilliertem Wasser abspuumllen und in die zweite Pufferloumlsung zB 401 (oder 918) eintauchen- pH-Wert des Puffers mit dem Eistellknopf Steilheit (mVpH) zur Anzeige bringen Das pH-Meter ist damit an die Elektrodenfunktion angepasstldquo

55

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

56

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

2) M2 3) M 3 Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Pufferschar Oxyhaumlmoglobin)

Aufgabenstellung

1 Stellen Sie zwei Pufferloumlsungen zur Kalibrierung mit den erforderlichen pH-Werten her und uumlberpruumlfen Sie die Pufferwirkung dieser Loumlsungen Ihnen stehen dazu die folgenden Chemikalien zur Wahl Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natriumdihydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Dinatriumhydrogenphosphat-Loumlsung (c = 1 moll-1) Natronlauge (c = 01 moll-1) Salzsaumlure (c = 01 moll-1) Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1) Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1) Unitestloumlsung

Planen Sie Ihr Vorgehen und erklaumlren Sie die Ergebnisse unter Einbeziehung vonReaktionsgleichungen

2 Erlaumlutern Sie die Bedeutung der Puffersysteme im Blut (M 2)

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Pufferloumlsungen Protolysegleichgewichte Gleichgewichtskonstanten Pufferwirkung Pufferkapazitaumlt Herstellen von Pufferloumlsungen und Untersuchung ihrer Pufferwirkung

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Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

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222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

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Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Bedeutung von Pufferloumlsungen in Natur und Technik Titration von schwachen Saumluren und sehr starken Basen Interpretation der Titrationskurven

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte Chemikalien Reagenzglaumlser Reagenzglasstaumlnder Halbmikrotropfer Becherglaumlser Messzylinder

Hilfsmittel

Taschenrechner Tafelwerk PSE

Erwartungshorizont

Essigsaumlure-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natriumacetat-Loumlsung (c = 1 moll-1)Natronlauge (c = 01 moll-1)Salzsaumlure (c = 01 moll-1)Ammoniak-Loumlsung (c = 1 moll-1)Ammoniumchlorid-Loumlsung (c = 1 moll-1)Unitestloumlsung

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Interpretation von Texten und grafischen Darstellungen Nutzung von Informationsquellen Erkennen von Kernaussagen Strukturieren des Wissens auf der Grundlage der facheigenen Basiskonzepte Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsung exemplarischer chemischer Aufgaben Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Definition einer Pufferloumlsung unter Beruumlcksichtigung shyKonzentration der Puffersaumlure und Pufferbase im Verhaumlltnis 1 1 (bei der Wahl des Acetatpuffers Einbeziehung der Pufferkurven zur Ermittlung des Konzentrationsverhaumlltnisses anhand der Protolysegleichgewichte der gegebenen korrespondierenden Saumlure-Base-Paare) Auswahl der Chemikalien zur Herstellung der benoumltigten Pufferloumlsungen und Begruumlndung mit Bezug zu M1 und M3 Herstellen der Pufferloumlsung mit Angabe der verwendeten Volumina Uumlberpruumlfen der Pufferwirkung durch Zusatz von 15 30 10

57

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Salzsaumlure bzw Natronlauge (je 01 M) Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-Wertes Erklaumlren der Pufferwirkung mit Hilfe Gesetzmaumlszligigkeiten zum chemischen Gleichgewicht

2 Kompetenzen

Interpretation chemischer Reaktionen auf der Teilchenebene Interpretation von Texten erkennen von Kernaussagen Strukturierung des erworbenen Wissens uumlber Stoffe und chemische Reaktionen auf der Grundlage facheigener Basiskonzepte Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sachverhalte

zB Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen Konstanthalten des pH-Wertes im Blut Wirkung von mindestens zwei im Blut enthaltenen Puffersystemen unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen und dem Material M2

10 25 5

gesamt 25 60 15

PruumlfungsgespraumlchAusgehend von den Puffersystemen im Blut kann im Pruumlfungsgespraumlch eineUumlberleitung zur Thematik Aminosaumluren und Eiweiszlige erfolgen (zB zu Strukturformeln von Aminosaumluren Zwitterionenbildung Saumlure-Base Reaktionen der Aminosaumluren Peptidbildung Polypeptide Struktur von Eiweiszligen Nachweis und Eigenschaften)

Literatur

1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden zur Messung von pH-Werten und Redoxspannungen pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mainz

2) Lehrbuch bdquoPhysikalische Chemie - Chemie und Umweltldquo Sekundarstufe II Verlag Volk und Wissen 1 Auflage3) Lehrbuch bdquoChemische Gleichgewichte ndash Elektrochemieldquo Verlag CC Buchner Auflage154321

58

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

222 Tenside

Grundkurs Tenside

Material

M 1 Auszug aus einer Originalverpackung eines modernen Geschirrspuumllmittels1)

ZusammensetzungComposition Inhaltsstoffangabe gemaumlszlig EG Empfehlung Seloumln recommandation de la CE lt 5 Nichtionische Tenside Phosphate Polycarboxylate tensioactifs non ioniques

phosphonates polycarboxylates 5 ndash 15 Bleichmittel auf Sauerstoffbasis agents de blanchiment arsquo base d`oxygenersquo gt 30 Phosphate phosphates Enthaumllt Enzyme (Amylase Protease) Contient des enzymes (amylase protease)

M 2 Auszug aus der Installationsanweisung eines Geschirrspuumllers2) Wasserzulauf Das Geraumlt wird uumlber den bereits vorinstallierten Gummidruckschlauch an einen Wasserhahn der Kaltwasserleitung mit Schlauchverschraubung frac34ldquo angeschlossen Die erforderliche Gummidichtung ist bereits in der Schlauchverschraubung vorhanden Der Wasserhahn bzw ein Absperrventil muszlig so angeordnet sein dass der Wasserzulauf nach Programmende abgestellt werden kann Der Geschirrspuumller ist ruumlcksaugsicher (DVGW-gepruumlft) Anschlussarmaturen mit Ruumlckfluszligverhinderer sind deshalb nicht erforderlich Anschluszlig an eine Warmwasserleitung bis maximal 60degC ist moumlglich nicht aber ein Anschluszlig an offene Niederdruckspeicher oder Durchlauferhitzer

Aufgabenstellung

1 Tetradecanol und Schwefelsaumlure reagieren im Verhaumlltnis 11 zu einem Ester der in waumlssriger Loumlsung stark sauer reagiert Das Natriumsalz des Esters CH3-(CH2)13-O-SO3-Na+ kann als

waschaktive Substanz zum Beispiel in Spuumllmitteln verwendetwerdenUntersuchen Sie drei strukturabhaumlngige Eigenschaften des obengenannten Tensids und begruumlnden Sie seine Eignung als Bestandteildes Spuumllmittels

2 Moderne hochwirksame Reinigungsmittel die in Geschirrspuumllmashyschinen verwendet werden enthalten unter anderem Tenside und verschiedene Enzyme Die Hersteller empfehlen die Geschirrspuumllshymaschinen nicht an die Heiszligwasserversorgung (70degC) anzuschlieszligen sondern das Wasser beim Spuumllgang von 15degC auf 55degC zu erwaumlrmen Erklaumlren Sie die Empfehlung und gehen Sie dabei auf die Reinigung des Geschirrs von Eiweiszlig- Fett- und Staumlrkeresten ein

59

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

Anmerkungen

Unterrichtliche Voraussetzungen

Struktur und Eigenschaften von Tensiden Herstellung einer Seife Waschwirkung von Seifen Haumlrtebildner im Wasser Bildung und Eigenschaften von Kalkseifen Untersuchung von Eigenschaften der Seifenloumlsungen Waschmittel Zusammensetzung von Waschmitteln Funktion derWaschmittelbestandteile Umweltprobleme bei Uumlberdosierung von Waschmitteln Darstellung und Hydrolyse von Fetten Kohlenhydraten Eiweiszligen Eiweiszlige - Enzyme

bereitzustellende Geraumlte und Chemikalien

Geraumlte ChemikalienLichtquelle Buumlroklammer mit Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnterPlastuumlberzug pH-Meter zwei einfache Kalilauge versetztApparaturen zum Filtrieren Becherglaumlser Kalkwasser Kohlepulver Oumll destSpatel Halbmikrotropfer WasserReagenzglasstaumlnder Reagenzglaumlser

Erwartungshorizont

Aufg erwartete Schuumllerleistung Anforderungsbereiche

Bewertung I II III

1 Kompetenzen

Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften und Verwendung der Stoffe Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte unter angemessener Nutzung der Fachsprache und Verwendung geeigneter Symbole bzw Formeln Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren und Auswerten von Experimenten

Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionentensid Hydrophober(Alkyl) hydrophiler Teil (funktionelle Gruppe-Alkylsulfat) Ableitung von Eigenschaften Loumlslichkeit in polaren und unpolaren Stoffen Herabsetzen der Oberflaumlchenspannung als Tensidwirkung Dispersion und Transport von Schmutzteilchen schwach alkalische Reaktion mit Wasser Bildung von Kalkseifen die die Schaumbildung mindernhellip Selbststaumlndige Planung und Durchfuumlhrung

60

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1

des Experiments zur Demonstration Auswahl geeigneter Eigenschaften Bezug zum Einsatz als Tensid in Spuumllmitteln

15 35 10

2 Kompetenzen

Nutzung von Informationsquellen erkennen der Kernaussagen gezielte und kritische Auswahl von Informationen und deren Verknuumlpfung mit dem erworbenen Wissen Betrachtung und Bewertung von Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven Erkennen und Beschreibung der gesellschaftlichen Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie fuumlr die Energieeinsparung

Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen Denaturierung von Eiweiszligen bei houmlheren Temperaturen und Veraumlnderung der Loumlslichkeit der Denaturierungsshyprodukte Hemmung der Enzymwirkung Bezug zu den verschiedenen Waschtemperaturen und der eintretenden enzymatischen Hydrolyse von Eiweiszligen und Staumlrke in loumlsliche Monomere beim langsamen Aufheizen

10 25 5

gesamt 25 60 15

Literatur

M 1 1) Teil der Verpackungsaufschrift (Boden) von bdquoCalgonit Power Ballldquo

M 2 Auszug aus2) Privileg Geschirrspuumller Modell 205SI Gebrauchsanweisung

PruumlfungsgespraumlchAusgehend vom Bau des Alkyls im Tensid kann im Pruumlfungsgespraumlch zur chemischen Bindung uumlbergeleitet werden (zB Beschreibung der chemischen Bindungen im Alkyl Weitere Molekuumllmodelle Geometrie partieller Gebrauch des Molekuumllorbitalmodells Eroumlrtern der Ausbildung von sigma- pi-Bindungen Anwenden der Valencebondmethode)

61

  • Beispiel 1 Brennstoffzelle
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
  • Beispiel 2 Abhaumlngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit eine
  • Themenbereich Chemische Reaktionen
    • Der Anforderungsbereich I
      • Der Anforderungsbereich II umfasst
        • Der Anforderungsbereich III umfasst
          • Beispielaufgaben zur Verdeutlichung der Anforderungsbereiche
              • Berechnung zur Energetik
              • 3 Berechnungen zur Elektrochemie
                • Schriftliche Pruumlfung
                  • Allgemeine Hinweise
                  • Hinweise zum Erstellen einer Pruumlfungsaufgabe
                    • Operator
                    • Beschreibung der erwarteten Leistung
                      • Beschreibung der erwarteten Pruumlfungsleistungen (Erwartungsho
                      • Bewertung von Pruumlfungsleistungen
                        • Muumlndliche Pruumlfung
                          • Besonderheiten und Aufgabenstellung
                          • Kriterien fuumlr die Bewertung
                          • 43 Fuumlnfte Pruumlfungskomponente
                            • Leistungskurs Treibstoffe fuumlr Fahrzeuge ca 100 Minuten
                              • M1 Redetext
                              • M2 Stoffdaten
                              • M3 Diagramm zur Zusammensetzung von Abgasen des Benzinmotors
                                • Erwartungshorizont
                                  • Leistungskurs bdquoSanitaumlr- Silikonldquo
                                    • M1
                                    • M2
                                      • VernetzterRSi(OOCCH3)3
                                        • M3
                                          • Struktur von Glas
                                            • Anmerkungen
                                              • Beziehungen zwischen Struktur und Eigenschaften
                                                • Kompetenzen
                                                  • Erkennen von Kernaussagen und Verknuumlpfung mit erworbenem Wis
                                                    • Anwendung von Kenntnissen uumlber Merkmale Verlauf und Bedingu
                                                    • Beschreibung und Veranschaulichung komplexer chemischer Sach
                                                    • Kompetenzen
                                                      • Summe
                                                        • PdN-ChiS 751 Jg2002 Silicone
                                                          • Bei diesem Geraumlt kommt der Strom aus der Luft
                                                            • Hinweis
                                                              • Anmerkungen
                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                • Erwartungshorizont
                                                                  • KompetenzenErkennen und Benennen der Gruppen Sulfa- Azo-
                                                                    • KompetenzenSachgerechte Klaumlrung und Dars
                                                                    • Darstellung mechanistischer Uumlberlegungen mit Ladungsverteilu
                                                                    • KompetenzenAnwenden von Kenntnissen uumlber
                                                                    • gesamt
                                                                      • Grundkurs Untersuchung eines Backtriebmittels ca 60
                                                                        • Material
                                                                        • Fehler Unbekanntes Schalterargument
                                                                          • Aufgabenstellung
                                                                          • Anmerkungen
                                                                            • Hilfsmittel
                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                              • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Planen Durchfuumlhren Beobachten und Auswerte
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                • Kompetenzen
                                                                                • Beschreibung und Erklaumlrung konkreter chemischer Sachverhalte
                                                                                  • Strukturieren des erworbenen Wissens auf der
                                                                                    • Grundlage der facheigenen Basiskonzepte
                                                                                        • Gesamt
                                                                                          • Grundkurs Citronensaumlure
                                                                                            • Material
                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                • Hilfsmittel
                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                      • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Anwendung mathematischer Verfahren und Hilfsmittel zur Loumlsun
                                                                                                        • Veranschaulichung konkreter chemischer Sachverhalte unter an
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Kompetenzen
                                                                                                        • Selbststaumlndiges Durchfuumlhren Beobachten und Auswerten eines
                                                                                                        • Gesamt
                                                                                                            • Literatur
                                                                                                              • Leistungskurs Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen
                                                                                                              • Aufgabenstellung
                                                                                                              • Anmerkungen
                                                                                                                • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                  • Bereitzustellende Chemikalien und Geraumlte
                                                                                                                    • Erwartungshorizont
                                                                                                                      • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                        • KompetenzenInterpretation chemische Reaktionen auf der Teil
                                                                                                                          • Grundkurs Puffersysteme
                                                                                                                            • Material
                                                                                                                              • M1
                                                                                                                                • 1) Ausschnitt aus einer Gebrauchsanleit
                                                                                                                                  • 2) M2
                                                                                                                                    • Schema der Atmung(HbH+ Haumlmoglobin HbO2 Oxyhaumlmoglobin)
                                                                                                                                      • Aufgabenstellung
                                                                                                                                      • Anmerkungen
                                                                                                                                        • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                          • Hilfsmittel
                                                                                                                                            • Taschenrechner Tafelwerk PSE
                                                                                                                                                • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                  • Anforderungsbereiche Bewertung I II III
                                                                                                                                                    • Beschreiben der Beobachtung als annaumlhernde Konstanz des pH-W
                                                                                                                                                    • Kompetenzen
                                                                                                                                                    • Selbststaumlndiger Transfer des Gelernten auf vergleichbare Sac
                                                                                                                                                    • zB
                                                                                                                                                    • Bildung von Saumluren bei der Atmung bei Stoffwechselprozessen
                                                                                                                                                    • Konstanthalten des pH-Wertes im Blut
                                                                                                                                                    • gesamt
                                                                                                                                                      • Literatur
                                                                                                                                                        • 1) Gebrauchsanleitung fuumlr Elektroden z
                                                                                                                                                          • pH-Einstabmeszligkette Typ Nr N 6280 Fa Schott Glaswerke Mai
                                                                                                                                                            • Material
                                                                                                                                                            • Anmerkungen
                                                                                                                                                            • Unterrichtliche Voraussetzungen
                                                                                                                                                            • Spuumllmittelloumlsung mit stark verduumlnnter Kalilauge versetzt
                                                                                                                                                            • Erwartungshorizont
                                                                                                                                                              • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Erkennen des Zusammenhangs zwischen Struktur Eigenschaften
                                                                                                                                                                • Beschreibung und Veranschaulichung chemischer Sachverhalte u
                                                                                                                                                                • Beschreibung des Baus des Tensids und Zuordnung zum Anionent
                                                                                                                                                                • Kompetenzen
                                                                                                                                                                • Unterschiedliche Loumlslichkeit von Fetten Staumlrke und Eiweiszligen
                                                                                                                                                                • gesamt
                                                                                                                                                                    • Literatur
                                                                                                                                                                      • M 1