Unterrichtsplanung im Fach CHEMIE für die Einführungsphase (EP ...
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<strong>Unterrichtsplanung</strong> <strong>im</strong> <strong>Fach</strong> <strong>CHEMIE</strong> <strong>für</strong> <strong>die</strong> <strong>Einführungsphase</strong> (<strong>EP</strong>) der gymnasialen Oberstufe <strong>im</strong> Gymnasium <strong>im</strong> GHZ<br />
Themenfeld A: Reaktionsfolge aus der organischen Chemie – Vom Alkohol zum Aromastoff<br />
Zeit Unterrichtsskizze Exper<strong>im</strong>ente / Me<strong>die</strong>n <strong>Fach</strong>begriffe Kontext / Bemerkungen<br />
1 Sicherheitsunterweisung Informationsblatt zum Arbeiten <strong>im</strong><br />
Chemieunterricht<br />
Einstieg in <strong>die</strong> organische Chemie:<br />
Verbrennung von Ethanol und<br />
• Ethanol als typischen Vertreter organischer Verbindungen.<br />
Nachweis von CO2 und H2O als<br />
• Nach der Ermittlung der Βestandteile des Ethanols ermitteln <strong>die</strong> SuS aus<br />
vorgegebenen Atomzahlen eine Struktur unter Berücksichtigung des Baus<br />
der Atome von C, H und O<br />
Verbrennungsprodukten<br />
(Bestandteile C und H).<br />
C2H5OH + 3 O2 � 2 CO2 + 3 H2O<br />
8 • Bau des Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Wasserstoffatoms<br />
o Wiederholung Bohrsches Atommodell am Beispiel C,H,O,N<br />
o Elektronenpaarbindung am Beispiel von CH4, C2H6, C2H5OH usw.…<br />
o Warum gehen Atome Bindungen ein?<br />
Molekülbaukasten zum Bau von<br />
Strukturvorschlägen des<br />
Ethanolmoleküls.<br />
o Einach- und Mehrfachbindungen<br />
• Gemeinsamkeiten organischer Verbidungen � C, H – oft O, N, S, P… AB zum Bau von Atomen,<br />
Molekülstrukturen<br />
8<br />
6<br />
Einführung in organische Stoffklassen:<br />
• Da sich organische Stoffe als Verbindungen qualitativ nicht sonderlich<br />
unterscheiden, wird eine andere Klassifizierung der hunderttausende<br />
Verbindungen benötigt � Einteilung in Stoffklassen<br />
• Alkane und ihre homologe Reihe � Strukturisomere<br />
• Alkene an einigen Beispielen<br />
• Alkine an ein einigen Beispielen<br />
• Nomenklatur der Alkane nach IUPAC<br />
• Alkanole � Hydroxylgruppe<br />
Herstellung und Verwendung von Ethanol als typischem Vertreter der<br />
Alkanole:<br />
• Herstellung von Ethanol durch alkoholische Gärung<br />
• Verwendung von Ethanol � Lösemittel<br />
o Struktur- und Eigenschaftsbeziehungen<br />
o Zwischenmolekulare Wechselwirkungen / Anziehungen<br />
o (Warum löst sich Ethanol in Wasser, Heptan aber nicht?)<br />
o Der Molekülbau verrät <strong>die</strong> Eigenschaften<br />
• Besonderheiten der Stoffklasse der Alkanole<br />
o Ein- und mehrwertige Alkanole mit Verwendungsbeispielen<br />
o Pr<strong>im</strong>äre, sekundäre und tertiäre Alkanole mit Verwend-bsp.<br />
Molekülbaukasten zum Bau<br />
typischer Vertreter der organischen<br />
Stoffklassen<br />
Cracken von Paraffin<br />
Kurzreferat zur Erdölraffinerie<br />
Herstellung von Wein durch<br />
alkoholische Gärung<br />
(Langzeitversuch)<br />
C6H12O6 �2 CO2 + 2 C2H5OH<br />
Mischversuche verschiedener<br />
Alkanole mit Wasser und Heptan<br />
Welche Eigenschaften hat<br />
Glycerin?<br />
Organische<br />
Verbindungen,<br />
Nachweise: CO2 und<br />
H2O<br />
Verbrennungen,<br />
Elektronen, Protonen,<br />
Neutronen,<br />
Elektronenpaare<br />
(bindend und freie)<br />
Oktettregel<br />
Einfach- und<br />
Mehrfachbindung<br />
Alkane<br />
Alkene,<br />
Alkine,<br />
Summenformel<br />
Strukturformel<br />
Isomerie<br />
Funktionelle Gruppe<br />
Hydroxylgruppe<br />
Wissenschaftliche und<br />
triviale Benennung<br />
Alkoholische Gärung<br />
Lösemittel<br />
hydrophob und<br />
hydrophil<br />
Wasserstoffbrücken<br />
und van-der-Waals-<br />
Kräfte<br />
Definition: ein- und<br />
mehrwertige Alkanole,<br />
pr<strong>im</strong>., sek. und tert.<br />
Alkanole<br />
Benennung einfacher<br />
Alkanole<br />
In der Kursmappe vermerken!<br />
Dem Alkohol auf der Spur<br />
Bezug zur Verbrennung von<br />
Alkohol in unserem Körper!<br />
Die Vielfalt der organischen<br />
Verbindungen in Natur und<br />
Umwelt<br />
Fossile Brennstoffe<br />
Alkoholgewinnung ist ein<br />
altbekannter Prozess
8<br />
6<br />
4<br />
Reaktionen der Alkanole:<br />
• Oxidation pr<strong>im</strong>ärer Alkanole zu Alkanalen<br />
• Oxidation sekundärer Alkanole zu Alkanonen<br />
o Oxidation, Reduktion und Redoxprozesse als<br />
Elektronenübergangsprozesse<br />
o Oxidationszahlen als gedankliche Konstrukte zur<br />
Verdeutlichung von Redoxprozessen<br />
• Carbonyle: Die Stoffklasse der Alkanale und Alkanone<br />
o Verwendung von Alkanalen und Alkanonen<br />
o Nachweis der Aldehydgruppe (Methanal <strong>im</strong> Zigarettenrauch)<br />
o Zucker eine typische Carbonylverbingung<br />
Organische Säuren<br />
• Oxidation von Alkanalen zu Alkansäuren<br />
• Eigenschaften von Säuren (anorganisch und organisch)<br />
• Säure und saure Lösung am Beispiel der Essigsäure (einfache Protolyse)<br />
• Informationsgehalt des pH-Wertes<br />
Aromastoffe aus Alkanolen und Alkansäuren (Esterkondensation)<br />
• Veresterung und Überprüfung der Eigenschaften<br />
• Die Veresterung ist keine Redoxreaktion<br />
Summe Themenfeld A: 41 Stunden<br />
Jahresplanung: Ansatz 90 Wochenstunden<br />
Themenfeld A: Vom Alkohol zum Aromastoff � ca. 40 WS<br />
Themenfeld B: Ein technischer Prozess � ca. 40 WS<br />
Themenfeld C: Stoffkreisläufe in Natur und Technik � ca. 10 WS<br />
Oxidation von 1- und 2-Propanol<br />
zu Propanal bzw. Propanon mit<br />
CuO<br />
Verdeutlichung der Redoxprozesse<br />
u.a. durch Oxidationszahlen<br />
Nachweis der Aldehydgruppe<br />
durch Tollens, Fehling oder Schiffs<br />
Kurzreferate zu den Anwendungen<br />
von Alkanale und Alkanone<br />
Oxidation von Propanal zu<br />
Propionsäure mit CuO<br />
Untersuchung der Eigenschaften<br />
von Säuren (Salz- und Essigsäure)<br />
� mit Mg, Leitf., pH-Wert usw.<br />
Herstellung von<br />
Essigsäureethylester<br />
Herstellung verschiedener<br />
Aromastoffe<br />
Bau von Estern mithilfe der<br />
Molekülbaukästen<br />
Kurzreferat zu<br />
Lebensmittelzusatzstoffen, E-<br />
Nummern usw.<br />
Oxidation, Reduktion,<br />
Redox,<br />
Alkanal, Alkanon,<br />
Carbonyle, Keto- und<br />
Aldehydgruppe,<br />
Oxidationszahlen und<br />
deren Regeln<br />
Silberspiegelprobe,<br />
Fehlingprobe<br />
Oder Schiffsprobe<br />
Alkansäure<br />
Carboxylgruppe<br />
H + Ionen als<br />
Gemeinsamkeit<br />
pH-Wert<br />
Nachweis mit UI-Papier<br />
Ameisensäure,<br />
Essigsäure, Buttersäure<br />
Esterkondensation<br />
-Esternomenklatur<br />
Der Wein kippt um! Aus Wein<br />
wird Essig!<br />
Lösemittel mit besonderen<br />
Eigenschaften (Aceton)<br />
Organische Säuren in der<br />
Lebensmittelindustrie<br />
Aus Wein wird Essig!<br />
Sauerkraut<br />
Naturidentisch oder natürlich?<br />
Alkanol und Alkansäure<br />
reagieren zum künstlichen<br />
Aromastoff.
Themenfeld B: Ein technischer Prozess – Die Ammoniaksynthese als Anwendungsbeispiel <strong>für</strong> <strong>die</strong> Anwendung des chemischen Gleichgewichts<br />
Zeit Unterrichtsskizze Exper<strong>im</strong>ente / Me<strong>die</strong>n <strong>Fach</strong>begriffe Kontext / Bemerkungen<br />
1 Sicherheitsunterweisung Informationsblatt zum Arbeiten <strong>im</strong><br />
Chemieunterricht<br />
Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen:<br />
Reaktion von Kalk mit Salzsäure Konzentration,<br />
• Untersuchung der Messbarkeit von Geschwindigkeiten chemischer und Best<strong>im</strong>mung der zeitlichen Molvolumen,<br />
Reaktionen anhand von quantitativen Stoffänderungen.<br />
CO2-Entwicklung.<br />
• Definition der Reaktionsgeschwindigkeit als Quotient aus<br />
Reaktion von Zink mit Salzsäure<br />
Konzentrationsänderung und Zeitintervall.<br />
und zeitlich-quantitative Erfassung<br />
8<br />
der entstehenden<br />
Wasserstoffmengen.<br />
Abhängigkeiten der Reaktionsgeschwindigkeit von der:<br />
Landoldt-Zeitversuch RGT-Regel,<br />
• Temperatur<br />
Geschwindigkeitskons-<br />
8 • Konzentration<br />
tante,<br />
• Druckverteilung bei Gasen<br />
• …<br />
• Einführung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten k<br />
10<br />
10<br />
Die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen und das chemische Gleichgewicht:<br />
• Untersuchung des Hergestellten Essigsäureethylesters aus Themenfeld A.<br />
• Chemische Reaktionen sind umkehrbar<br />
• Einstellung von Gleichgewichten<br />
• Gleichgewichtskonstante und Massenwirkungsgesetz<br />
• Beschreibung des MWG als Quotient der<br />
Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten k und Herleitung der Abhängigkeit<br />
der Lage des MWG von der<br />
o Temperatur<br />
o Konzentration<br />
o Druckverteilung bei Gasen<br />
o …<br />
Anwendung der Kenntnisse zum MWG auf das Haber-Bosch-Verfahren:<br />
• Haber und Bosch <strong>im</strong> historischen Kontext und unter dem Aspekt der<br />
Ernährungslage in Europa.<br />
• Verwendung und Eigenschaften von Ammoniak.<br />
• Herleitung der opt<strong>im</strong>alen Reaktionsbedingungen zur Ammoniaksynthese.<br />
• Konzeption einer Anlage zur Ammoniaksynthese.<br />
• Referate und S<strong>im</strong>ulation der Synthese.<br />
• Abhängigkeit der Gleichgewichtslage be<strong>im</strong> Ammoniak<br />
Best<strong>im</strong>mung der<br />
Säurekonzentration in frisch<br />
hergestelltem und dem<br />
„alten“ Ester.<br />
Künstliches Blut aus Eisen(III)chlorid<br />
und Thiocyanat-Ionen und<br />
<strong>die</strong> Verschiebung der<br />
Gleichgewichtslage<br />
Untersuchung des NOx-<br />
Gleichgewichts <strong>im</strong> LV<br />
Selbstlernzentrum zur Recherche,<br />
S<strong>im</strong>ulationsprogramm zu<br />
Ammoniaksynthese der Firma<br />
BASF.<br />
Versuche zur Lage des chemischen<br />
Gleichgewichts be<strong>im</strong> Ammoniak<br />
in Lösungen.<br />
MWG, chemisches<br />
Gleichgewicht, Lage<br />
desselben,<br />
Gleichgewichtskonstante,<br />
Löslichkeitsprodukt<br />
Katalysator, Reaktor,<br />
Prozesse in der Chemie,<br />
In der Kursmappe vermerken!<br />
Reaktionen auf Kommando<br />
Landoldt-Zeitversuch als SE<br />
zur Verdeutlichung der<br />
Abhängigkeit der<br />
Reaktionsgeschwindigkeit von<br />
T und c. Bezug zur Biologie �<br />
Enzymreaktionen<br />
Chemische Reaktionen sind<br />
keine Einbahnstraßen.<br />
Kooperation mit dem <strong>Fach</strong><br />
Geschichte � Wissenschaft <strong>im</strong><br />
Dienste der Kriegsführung<br />
contra Meilenstein <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />
Landwirtschaft?<br />
Kooperation mit dem <strong>Fach</strong> SW<br />
� Wirtschaftlichkeit und<br />
Nachhaltigkeit
Themenfeld C: Stoffkreisläufe in Natur und Technik – Kohlenstoffkreislauf des CO2<br />
Zeit Unterrichtsskizze Exper<strong>im</strong>ente / Me<strong>die</strong>n <strong>Fach</strong>begriffe Kontext / Bemerkungen<br />
4<br />
4<br />
2<br />
Kreislauf des Kohlenstoffs in der Verbindung CO2:<br />
• Geochemischer, biologischer und anthropologischer Kreislauf des<br />
Kohlenstoffs<br />
• Kohlenstoffspeicher in den verschiedenen Sphären<br />
• Probleme des anthropologischen Einflusses auf das CO2-Gleichgewicht<br />
• …<br />
Kalkbrennen, ein technischer Kohlenstoffkreislauf:<br />
• Kalkbrennen in einer Zementfabrik<br />
• Kalklöschen<br />
• Kalkbinden<br />
• Unterschiedliche Zementsorten<br />
• Sodagewinnung als Verwertung des CO2 be<strong>im</strong> Kalkbrennen<br />
Brause dank CO2:<br />
• NaHCO3 als Zwischenprodukt bei der Sodaproduktion <strong>die</strong>nt als Backpulver<br />
• …<br />
Informationsbox zu den<br />
unterschiedlichen Kreisläufen des<br />
CO2, Internetrecherche,<br />
Vorbereitung eines<br />
Expertengesprächs<br />
Kalkbrennen, -löschen und –<br />
binden <strong>im</strong> SE, qualitative und<br />
quantitative Untersuchungen<br />
Sodasynthese nach SOLVAY<br />
Herstellen eines Brauspulvers aus<br />
NaHCO3, qualitative Nachweise<br />
Emission, Immission,<br />
Kl<strong>im</strong>awandel,<br />
Kohlenstoffspeicher,<br />
Sphären,<br />
anthropologische<br />
Kohlenstoffströme,<br />
Fotosynthese,<br />
Atmung…<br />
Kalk<br />
(Calciumcarbonat),<br />
Branntkalk, Löschkalk,<br />
Mörtel,<br />
Soda, Fällung,<br />
Löslichkeitsgleichgewicht<br />
Brauspulver,<br />
Backpulver, Weinsäure,<br />
Wdh. chemisches<br />
Gleichgewicht<br />
Treibhauseffekt,<br />
Möglichkeiten des<br />
Energiesparens (Energie AG),<br />
Kohle hat Zukunft?<br />
Von der Natur abgeschaut.<br />
CO2 <strong>im</strong> Kreislauf des<br />
Kalkbrennens<br />
Waschmittel und Soda<br />
Brause dank CO2<br />
Sodastreamer
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