Schulinterner Lehrplan Chemie für die Gymnasiale Oberstufe

gültig ab: 01.08.2015

Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Q1 - GK - 86 Einzelstunden Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben - Qualifikationsphase (Q1) Grundkurs Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Konzentrationsbestimmungen von Säuren in Lebensmitteln Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • K2 Recherche Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Starke und schwache Säuren und Basen Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • UF3 Systematisierung • E1 Probleme und Fragestellungen • B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Unterrichtvorhaben III Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • UF4 Vernetzung • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • E6 Modelle • K2 Recherche • B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

Zeitbedarf: 14 Std. à 45 Minuten

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext:Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • E6 Modelle • E7 Vernetzung • K1 Dokumentation

Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • B2 Entscheidungen

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• • •

K4 Argumentation B1 Kriterien B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten

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Q1 - GK - 86 Einzelstunden Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben - Qualifikationsphase (Q1) Grundkurs Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Konzentrationsbestimmungen von Säuren in Lebensmitteln Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • K2 Recherche Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Starke und schwache Säuren und Basen Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • UF3 Systematisierung • E1 Probleme und Fragestellungen • B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Unterrichtvorhaben III Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • UF4 Vernetzung • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • E6 Modelle • K2 Recherche • B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

Zeitbedarf: 14 Std. à 45 Minuten

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext:Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • E6 Modelle • E7 Vernetzung • K1 Dokumentation • K4 Argumentation • B1 Kriterien • B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten

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Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS – Teil 1 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Konzentrationsbestimmungen von Säuren in Lebensmitteln

Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Starke und schwache Säuren und Basen

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • K2 Recherche

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

• • • •

UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen B1 Kriterien

Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren

Zeitbedarf: 14 Std. à 45 Minuten

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

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Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten – Konzentrationsbestimmungen von Säuren in Lebensmitteln (UV1) Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: • Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen • Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Zeitbedarf: ca. 16 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • K2 Recherche Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie

Sequenzierung Aspekte

inhaltlicher Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschreiben Konzentrationsbestimmungen diese mithilfe des Säure-Basevon Säuren und Basen Konzepts von Brønsted (UF1, UF3), -quantitative und qualitative Analysen -Säuren und Basen im Haushalt - Protolysen - Säure/Base-Theorie nach Brönsted, Donator/AkzeptorPrinzip - Neutralisationsreaktionen - pH-Wert und Autoprotolyse und Ionenprodukt des Wassers

planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig (E1,E3), recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht (K2, K4).

Lehrmittel/ Materialien/ Metho- Verbindliche Absprachen den Didaktisch-methodische Anmerkungen Wie viel Essigsäuresteckt im Haushaltsessig?-Stationenarbeit und Konzentrationsbestimmung durch Titration (pH-Wert-Messung an Alltagsprodukten, Einordnen von Säuren und Basen zu Alltagsprodukten, Reaktionen von Säuren mit Metallen)

Verbindlich: Eigenständiges Arbeiten, S.-Exp.

Wiederholung zu Säure/BaseInhalten aus der Sek I (z.B. Formeln, Namen, Reaktionsgleichungen)

Internetrecherche zu Säuren Basen im Haushalt

beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1,

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B2), zeigen an Protolysereaktionen auf, wie sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7), stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-AkzeptorPrinzip (K1, K3), erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6),

Aufstellen von Reaktionsgleichungen, AB

Wiederholung Gleichgewichtsreaktionen und Massenwirkungsgesetz

Übung von Protolysereaktionen

Leitfähigkeitstitration in wässrigen sauren oder alkalischen Lösungen

erläutern die Autoprotolyse und das Ionenprodukt des Wassers (UF1), Anwendung Autoprotolyse und Ionenprodukt des Wassers, AB berechnen pH-Werte wässriger Lösungen starker Säuren und starker Basen (Hydroxide) (UF2),

-Def. pH-Wert, eventuell S.-Exp.: Verdünnungsreihe Übungsaufgaben zum Rechnen mit dem pH-Wert

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Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten – starke und schwache Säuren und Basen (UV2) Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: • Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen • Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: ca. 16 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • UF3 Systematisierung • E1 Probleme und Fragestellungen • B1 Kriterien Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie

Sequenzierung cher Aspekte

inhaltli- Konkretisierte Kompetenzerwartungen Lehrmittel/ Materialien/ Methoden des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …

Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen starke und schwache – Säuren und Basen

erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts (K3), interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des KS Wertes (UF2, UF3),

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

starke und schwache Säuren und Basen im Vergleich durch S-Exp.: pH-Wert Messung

Wiederholung Gleichgewichtsreaktionen und Massenwirkungsgesetz

-Herleitung Ks- und pKs Wert

Verbindlich: S. Exp: pH-WertMessungen starke und schwache Säuren

- pKs- und pKb-Wert - einfache Titration mit -Endpunktbestimmung - Leitfähigkeitstitration -Indikatoren

klassifizieren Säuren mithilfe von K S und pK S -Werten (UF3), machen Vorhersagen zu Säure-BaseReaktionen anhand von K S - und pK S Werten (E3), bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu SäureBase-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u. a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5).

-Reaktionsverhalten von starken und schwachen Säuren, z.B. Reaktion von Säuren mit Metallen und Kalk unter Anwendung des Prinzip von le Chatelier inklusive Vorhersagen

AB: Vorhersagen zu SäureBase-Reaktionen

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berechnen pH-Werte wässriger Lösungen schwacher einprotoniger Säuren mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (UF2).

-pH-Wert Berechnung von schwachen Säuren

erläutern das Verfahren einer SäureBase-Titration mit Endpunktsbestimmungüber einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5), bewerten die Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-BaseReaktionen (B1).

S.Exp. Säure-Base-Titration mit Indikator inklusive Konzentrationsberechnung und Auswertung (s.o.)

beschreiben das Verfahren einer Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltagsprodukten oder der Umwelt und werten vorhandene Messdaten aus(E2, E4, E5) dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration mithilfe graphischer Darstellungen (K1),

-S. Exp: pH-Titration u. Leitfähigkeitstitration (mit S-B-Ind.) vergleichend von HCl und HAc - Auswertung incl. theoretischer Berechnungen der gemessenen pH-Werte - ÄP, HÄP - "Neutralisation"-> S-Exp. / Auswertung in Vorträgen

Übungsaufgaben zu pHWertberechnung von starken und schwachen Säuren und Basen Säure-Base-Titration mit Indiktor von Alltagsprodukten wie z.B. Zitronensaft o. Essig (s.o.)

Verbindlich: Leitfähigkeitstitration von Salzsäure und Essigsäure

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Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS – Teil2 Unterrichtvorhaben III Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • • • •

UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV: Kontext:Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl

• • • • • •

E6 Modelle E7 Vernetzung K1 Dokumentation K4 Argumentation B1 Kriterien B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • •

UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten

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Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon (UV 3) Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: • Mobile Energiequellen

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

• • • • • • •

UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Mobile Energiequellen - Redoxreaktionen - Redoxreihe - Daniell-Element - Elektrochemisches Gleichgewicht - Normalwasserstoffelektrode - Standardelektrodenpotential

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …

erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-AkzeptorReaktionen interpretieren (E6, E7), erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u.a.Daniell-Element) (UF1, UF3), entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metallatomen und Metallionen (E3),

erläutern die Umwandlung von chemi-

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Funtionsweise - DonatorAkzeptor-Prinzip (e-) / Zellendiagramm-Galvanisches Element (GE)

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Verbindlich: S.Exp.: Bau eines Daniell-Elements Energetik bei ablaufenden Reaktionen in Batterien

Standard-Daniell-Element mit kleinen Elekroden: ∆U u. Ventillator / Daniellelement mit großem Minuspol: ∆U u. Ventillator⇒ Spannung ist stoffabhängig Stromstärke ist oberflächenabhängig / ∆U = U(Pluspol) - U(Minuspol), Bedeutung der Salzbrücke → exotherme (eig. exergonische)

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scher Energie in elektrische Energie und Redox-reaktionen / Reaktionsenergie(- enthalpie) -Berechnung deren Umkehrung (E6), ∆HR , AB "Reaktionsenthalpien"

Egg-Race Batterien

analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5) elektrochemisches Gleichgewicht: elektrochem. Gleichgewichte an Elektroden im nicht kurzgeschlossenen GE / irreversibler Ablauf der Redoxreaktion in kurzgeschlossenen GE

planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5)

beschreiben den Aufbau einer StandardWasserstoff-Halbzelle (UF1)

Planung von Batterien mit möglichst hoher Spannung: Planung + S-Exp. mit vorgegebenen Elektroden, Metallen + Lösungen relative Elektrochemische Basis-Zusammenhänge - Edligkeitsskala • Metall-MetallsalzKreuzversuche ⇒Edligkeitsskala• Metallblock-Versuche ⇒Edligkeitsskala• GEs mit Cu/Cu2+, Zn/Zn2+, Fe/Fe2+ ⇒Additivität der Spannungen • Zn-H2O-Batterie Normal-H2-Elektrode Normal-H2-Elektrode / U0(H2/H+,c* = 1) = 0V als Bezug - Einordnung in die Edligkeitsskala / Tab. Standardelektrodenpotentiale

Verbindlich: Kreuzversuche Metall-Metallsalz

Demo-Exp.: NWE,

Übungen zur Berechnungen der Potentialdifferenz sowie von Konzentrationen

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Ag/Ag+-Konzentrationskette

berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3),

Exp. L.-Demo: Ag/Ag+ Konzentrationskette

Anwendung S-Übungen zu Reaktionsabfolgen in der Elektrochemie ÜAs zur Berechnung von galvanischen Elementen mit StandardHalbzellen

erklären Aufbau und Funktion elektrochemischer Spannungsquellen aus Allverbindlich: Bau eines tag und Technik (Batterie, AkkumulaLeclanché –Element in tor, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme S.-Übungen grundlegender Aspekte galvanischer Zellen (u.a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Redoxreaktion, Trennung S-Vorträge zu mobilen elektroder Halbzellen) (UF4) chemischen Spannungsquellen recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Lade- und Entladevorgänge(K2,K3)

im Alltag (Zink-KohleBatterie, Bleiakku, Knopfzellen o.a.)

diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4)

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Kontext: Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle UV 4 Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: • Elektrochemische Gewinnung von Stoffen • Mobile Energiequellen

Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Sequenzierung inhaltlicher Konkretisierte KompetenzerwartunAspekte gen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Woher bekommt das Brennstoffzellen-Auto den Wasserstoff, seinen Brennstoff? Elektrolyse Zersetzungsspannung Überspannung

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • E6 Modelle • E7 Vernetzung • K1 Dokumentation • K4 Argumentation • B1 Kriterien • B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Bild eines mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellenautos oder Einsatz einer Filmsequenz zum Betrieb eines mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellenautos

beschreiben und erklären Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3).

erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berücksichtigung des Phänomens der Überspannung (UF2).

Demonstrationsexperiment zur Elektrolyse von angesäuertem Wasser Beschreibung und Deutung der Versuchsbeobachtungen - Redoxreaktion - endotherme Reaktion - Einsatz von elektrischer Energie: W = U*I*t

erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidatio-

Schüler- oder Lehrerexperiment zur Zersetzungsspannung

deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen einer galvanischen Zelle (UF4).

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Aufriss der Unterrichtsreihe: Sammlung von Möglichkeiten zum Betrieb eines Automobils: Verbrennungsmotoren (Benzin, Diesel, Erdgas), Alternativen: Akkumulator, Brennstoffzelle Beschreibung und Auswertung des Experimentes mit der intensiven Anwendung der Fachbegriffe: Pluspol, Minuspol, Anode, Kathode, Oxidation, Reduktion Fokussierung auf den energetischen Aspekt der Elektrolyse Ermittlung der Zersetzungsspannung durch Ablesen der Spannung, bei der die Elektro-

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nen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-AkzeptorReaktionen interpretieren (E6, E7).

Wie viel elektrische Energie benötigt man zur Gewinnung einer Wasserstoffportion?

erläutern und berechnen mit den Faraday-Gesetzen Stoff- und Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2).

Quantitative Elektrolyse Faraday-Gesetze

dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1).

Die Zersetzungsspannung ergibt sich aus der Differenz der Abscheidungspotentiale. Das Abscheidungspotential an einer Elektrode ergibt sich aus der Summe des Redoxpotentials und dem Überpotential. Schülerexperimente oder Lehrerdemonstrationsexperimentezur Untersuchung der Elektrolyse in Abhängigkeit von der Stromstärke und der Zeit. Formulierung der Gesetzmäßigkeit: n∼I*t

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

erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B3).

Aufgabenstellung zur Gewinnung von Wasserstoff und Umgang mit Größengleichungen zur Berechnung der elektrischen Energie, die zur Gewinnung von z.B. 1 m3 Wasserstoff notwendig ist. Zunächst eine Grundaufgabe; Vertiefung und Differenzierung mithilfe

lyse deutlich abläuft (Keine Stromstärke-SpannungsKurve)

Schwerpunkte: Planung (bei leistungsstärkeren Gruppen Hypothesenbildung), tabellarische und grafische Auswertung mit einem Tabellenkalkulationsprogramm Vorgabe des molaren Volumens Vm = 24 L/mol bei Zimmertemperatur und 1013 hPa Differenzierende Formulierungen: Zur Oxidation bzw. Reduktion von 1 mol z-fach negativ bzw. positiv geladener Ionen ist eine Ladungsmenge Q = z * 96485 A*s notwendig. Für Lernende, die sich mit Größen leichter tun: Q = n*z*F; F = 96485 A*s*mol-1 Zunächst Einzelarbeit, dann Partner- oder Gruppenarbeit; Hilfekarten mit Angaben auf unterschiedlichem Niveau, Lehrkraft wirkt als Lernhelfer. Anwendung des Faraday`schen Gesetzes und Umgang mit W =U*I*t Kritische Auseinandersetzung mit der Gewinnung der elektrischen Energie (Kohlekraftwerk,

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weiterer Aufgaben

durch eine Windkraft- oder Solarzellenanlage)

Diskussion: Wasserstoffgewinnung unter ökologischen und ökonomischen Aspekten Wie funktioniert eine Wasserstoff-SauerstoffBrennstoffzelle? Aufbau einer WasserstoffSauerstoff-Brennstoffzelle Vergleich einer Brennstoffzelle mit einer Batterie und einem Akkumulator Antrieb eines Kraftfahrzeugs heute und in der Zukunft Vergleich einer Brennstoffzelle mit einer Batterie und einem Akkumulator Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, Ethanol/Methanol, Wasserstoff

erläutern die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6). stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3). argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig über Vorzüge und Nachteile unterschiedlicher mobiler Energiequellen und wählen dazu gezielt Informationen aus (K4). vergleichen und bewerten innovative und herkömmliche elektrochemische Energiequellen (u.a. WasserstoffBrennstoffzelle) (B1).

Beschreibung und Erläuterung einer schematischen Darstellung einer PolymermembranBrennstoffzelle Spannung eines BrennstoffzellenStapels (Stacks) Herausarbeitung der Redoxreaktionen

Einsatz der schuleigenen PEMZelle und schematische Darstellung des Aufbaus der Zelle; sichere Anwendung der Fachbegriffe: Pluspol, Minuspol, Anode, Kathode, Oxidation, Reduktion Vergleich der theoretischen Spannung mit der in der Praxis erreichten Spannung

Expertendiskussion zur vergleichenden Betrachtung von verschiedenen Brennstoffen (Benzin, Diesel, Erdgas) und Energiespeichersystemen (Akkumulatoren, Brennstoffzellen) eines Kraftfahrzeuges mögliche Aspekte: Gewinnung der Brennstoffe, Akkumulatoren, Brennstoffzellen, Reichweite mit einer Tankfüllung bzw. Ladung, Anschaffungskosten, Betriebskosten, Umweltbelastung

Die Expertendiskussion wird durch Rechercheaufgaben in Form von Hausaufgaben vorbereitet. Fakultativ: Es kann auch darauf eingegangen werden, dass der Wasserstoff z.B. aus Erdgas gewonnen werden kann.

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Kontext: Korrosion vernichtet Werte UV 5 Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: • Korrosion

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • •

Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Konkretisierte KompetenzerwartunAspekte gen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Korrosion vernichtet Werte • Merkmale der Korrosion • Kosten von Korrosionsschäden

…… Ursachen von Korrosion • Lokalelement • Rosten von Eisen - Sauerstoffkorrosion - Säurekorrosion

diskutieren Folgen von Korrosionsvorgängen unter ökologischen und ökonomischen Aspekten (B2)

erläutern elektrochemische Korrosionsvorgänge (UF1, UF3) erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-AkzeptorReaktionen interpretieren (E6, E7) berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3)

UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle B2 Entscheidungen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Abbildungen zu Korrosionsschäden oder Materialproben mit Korrosionsmerkmalen Sammlung von Kenntnissen und Vorerfahrungen zur Korrosion

Mind-Map zu einer ersten Strukturierung der Unterrichtsreihe, diese begleitet die Unterrichtsreihe und wird in den Stunden bei Bedarf ergänzt

Recherche zu Kosten durch Korrosionsschäden

Internetrecherche oder Auswertung vorgegebener Materialien der Lehrkraft

Schüler- oder Lehrerexperiment Experimentelle Erschließung der elek-trochemischen Korrosion (z.B. Rosten von Eisennagel in Petrischale in NaCl-Lösung, Lokalelement)

Selbstständige Auswertung der Experimente mithilfe des Schulbuches oder bildlicher und textlicher Vorgaben durch die Lehrkraft

Schülerexperimente Bedingungen, die das Rosten fördern

Aufgreifen und Vertiefen der Inhalte und Begriffe: Anode, Kathode, galvanisches Element, Redoxreaktion

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stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3)

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Q2 - GK - 54 Einzelstunden Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben I: Kontext:Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • • •

UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E 4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe

Unterrichtsvorhaben II: Kontext:Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • • • •

UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld:Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Organische Werkstoffe Zeitbedarf: ca. 24 Stunden à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Bunte Kleidung Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • • •

UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt UV 1 Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: • Organische Verbindungen und Reaktionswege

Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • UF4 Vernetzung • E3 Hypothesen • E4 Untersuchungen und Experimente • K3 Präsentation • B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft, Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht, Basiskonzept Energie

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Erdöl, ein Gemisch vielfältiger Kohlenwasserstoffe • Stoffklassen und Reaktionstypen • zwischenmolekulare Wechselwirkungen • Stoffklassen • homologe Reihe • Destillation • Cracken

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … erklären Stoffeigenschaften mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-DipolKräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4).

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4).

Film: Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl Die fraktionierende Destillation

Demonstration von Erdöl und Erdölprodukten: Erdöl, Teer, Paraffin, Heizöl, Diesel, Superbenzin, Super E10, Schwefel

Arbeitsblattmit Destillationsturm erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stoffeigenschaften voraus (UF1). erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4). verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3).

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

Film: Verbrennung von Kohlenwasserstoffen im Otto- und Dieselmotor Arbeitsblatt mit Darstellung der Takte

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Thema: Vom Erdöl zum Superbenzin – Kartenabfrage vor Themenformulierung Selbstständige Auswertung des Films mithilfe des Arbeitsblattes; mündliche Darstellung der Destillation, Klärung des Begriffs Fraktion Wdhg.: Summenformel, Strukturformel, Nomenklatur; Stoffklassen: Alkane, Cycloalkane, Alkene, Cycloalkene, Alkine, Aromaten (ohne Erklärung der Mesomerie), Nutzung des eingeführten Schulbuchs Die Karten zu den Arbeitstakten müssen ausgeschnitten und in die Chemiemappe eingeklebt werden, die Takte sind zutreffend zu beschriften, intensives Einüben der Beschreibung und Erläuterung der Grafik

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Benzin aus der Erdöldestillation genügt dem Anspruch der heutigen Motoren nicht Einführung der Octanzahl, Wiederaufgreifen der Stoffklassen

erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3).

Wege zum gewünschten Produkt • elektrophile Addition • Substitution

formulieren Reaktionsschritte einer elektrophile Addition und erläutern diese (UF1). verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4). klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Eliminierungen und Kondensationen (UF3). schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3).

Grafik zur Zusammensetzung von Erdölen und zum Bedarf der Produkte Demonstrationsexperiment zum Cracken Kraftfahrzeugbenzin – Verbrennung und Veredelung (Cracken, Reformieren) Aufgabe zur Synthese des Antiklopfmittels MTBE: Erhöhen der Klopffestigkeit durch MTBE (ETBE) Säurekatalysierte elektrophile Addition von Methanol an 2Methylpropen (Addition von Ethanol an 2-Methylpropen)

Versuchsskizze, Beschreibung und weitgehend selbstständige Auswertung

Übungsbeispiel um Sicherheit im Umgang mit komplexen Aufgabenstellungen zu gewinnen, Einzelarbeit betonen

Einfluss des I-Effektes herausstellen, Lösen der Aufgabe in Partnerarbeit

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

verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3).

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen (UV2) Inhaltsfeld 4: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: • Organische Verbindungen und Reaktionswege • Organische Werkstoffe

Zeitbedarf:24 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • UF4 Vernetzung • E3 Hypothesen • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K3 Präsentation • B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft

Sequenzierung inhaltli- Konkretisierte Kompetenzerwartungen cher Aspekte des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …. Die Vielfalt der Kunst- erläutern die Eigenschaften von Polymeren stoffe im Alltag: aufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Eigenschaften und Kettenlänge, Vernetzungsgrad) und erklären Verwendung ihre praktische Verwendung (UF2, UF4).

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden



S-Exp.: thermische u. a. Eigenschaften von Kunststoffproben

• • •

Eigenschaften von makromolekularen Verbindungen Thermoplaste Duromere Elastomere

untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaften, planen dafür zielgerichtete Experimente (u.a. zum thermischen Verhalten), führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5).

Demonstration: Plastiktüte, PET-Flasche, Joghurtbecher, Schaumstoff, Gehäuse eines Elektrogeräts (Duromer)

Eingangstest: intermolekulare Wechselwirkungen, funktionelle Gruppen, Veresterung

ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Materialien: zwischenmolekulare Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere und Kunststoffe aus dem Alltag Wechselwirkungen Duromere) (E5). Vom Monomer zum beschreiben und erläutern die ReaktionsPolymer: schritte einer radikalischen Polymerisation Bau von Polymeren und (UF1, UF3). Schülerexperimente: Kunststoffsynthesen

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Ausgehend von Kunststoffen in Alltagsprodukten werden deren Eigenschaften und Verwendungen erläutert. Thermoplaste (lineare und strauchähnlich verzweigte Makromoleküle, Van-derWaals-Kräfte, Dipol-DipolKräfte, Wasserstoffbrücken; amorphe und kristalline Bereiche), Duromere und Elastomere (Vernetzungsgrad)

Während der Unterrichtsreihe kann an vielen Stellen der Bezug zum Kontext Plastikgeschirr hergestellt werden.

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II







Reaktionsschritte der radikalischen Polymerisation Polykondensation Polyester

Polyamide: Nylonfasern

präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte • unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata.(K3) schätzen das Reaktionsverhalten organischer • Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3). erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterscheiden Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Polyes- • ter, Polyamide) (UF1, UF3).

Polymerisation von Styrol

Polykondensation: Synthese einfacher Polyester aus Haushaltschemikalien, z.B. Polymilchsäure oder Polycitronensäure.

Geschichte der Kunststoffe Maßgeschneiderte Kunststoffe: Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Kunststoffen mit besonderen Eigenschaften und deren Synthesewege aus Basischemikalien z.B.:



SAN:

für

Reaktionsschritte der radikalischen Polymerisation können in Lernprogrammen erarbeitet werden.

„Nylonseiltrick“

erläutern die Planung der Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4). Schriftliche Kunststoffverarbeitung Verfahren, z.B.: • Spritzgießen • Extrusionsblasformen • Fasern spinnen

Polystyrol ist Werkstoff Plastikgeschirr.

Überprüfung

recherchieren zur Herstellung, Verwendung Einsatz von Filmen und Animatio- Internetrecherche zu den verund Geschichte ausgewählter organischer nen zu den Verarbeitungsprozessen. schiedenen VerarbeitungsverVerbindungen und stellen die Ergebnisse fahren möglich. adressatengerecht vor (K2, K3). Die Geschichte ausgewählter Kunststoffe kann in Form von Referaten erarbeitet werden. Recherche: Syntheseweg zur Herstellung von SAN aus Basischemikalien. Modifikation der Werkstoffeigenschaften von Polystyrol durch Copolymeriverwenden geeignete graphische Darstellun- sation mit Acrylnitril. gen bei der Erläuterung von Reaktionswegen Flussdiagramme zur Veranschauliund Reaktionsfolgen (K1, K3). chung von Reaktionswegen demonstrieren an ausgewählten Beispielen

verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4).

Als Beispiel für maßgeschneiderte Kunststoffe eignen sich Copolymerisate des Polystyrols, z.B. SAN. Die Schülergruppen informieren sich über die Synthesewege, die Struktur-EigenschaftsBeziehungen und die Verwendung weiterer Kunststoffe und

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Styrol- AcrylnitrilCoplymerisate

• •

Cyclodextrine

Superabsorber Kunststoffmüll ist wertvoll: Kunststoffverwertung • stoffliche Verwertung • rohstoffliche V. • energetische V.

mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Arbeitsteilige Projektarbeit zu wei- präsentieren ihre Ergebnisse. Funktion „maßgeschneiderter“ Moleküle teren ausgewählten Kunststoffen, (K3). z.B.: Superabsorber, Cyclodextrine. Zur arbeitsteiligen Gruppenarbeit können auch kleine SS-Präsentationen z.B. in Form von Experimente durchgeführt Postern mit Museumsgang. werden.

erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl Schüler-Experiment: und nachwachsenden Rohstoffen für die Her- Herstellung von Stärkefolien stellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3). Podiumsdiskussion: z.B. zum Thediskutieren Wege zur Herstellung ausgewähl- ma „Einsatz von Plastikgeschirr Einter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. weggeschirr auf öffentlichen VeranÖkonomische und ökolo- industrieller Zwischenprodukte aus ökonomi- staltungen!“ gische Aspekte zum Ein- scher und ökologischer Perspektive (B1, B2, satz von Einweggeschirr B3). aus Polymilchsäure, Polystyrol oder Belland- beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vorMaterial. gegebenen Fragestellungen (B4).

Fächerübergreifender Aspekt: Plastikmüll verschmutzt die Meere (Biologie: Ökologie). Einsatz von Filmen zur Visualisierung der Verwertungsprozesse.

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Bunte Kleidung (UV3) Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: • Organische Verbindungen und Reaktionswege • Farbstoffe und Farbigkeit

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • E7 Arbeits- und Denkweisen • K3 Präsentation • B4 Möglichkeiten und Grenzen

Zeitbedarf: 20 Std. à 45 Minuten

Sequenzierung cher Aspekte

Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft, Basisikonzept Energie inhaltli- Konkretisierte Kompetenzerwartun- Lehrmittel/ Materialien/ Methoden gen des Kernlehrplans

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Die Schülerinnen und Schüler …. Farbige Textilien - Farbigkeit und Licht - Absorptionsspektrum - Farbe und Struktur

Bilder: Textilfarben – gestern und heute im Vergleich erläutern Zusammenhänge zwischen Erarbeitung: Licht und Farbe, FachLichtabsorption und Farbigkeit fach- begriffe sprachlich angemessen (K3). Experiment: Fotometrie und Absorptionsspektren werten Absorptionsspektren fotometrischer Messungen aus und interpretieren Arbeitsblatt: Molekülstrukturen von farbigen organischen Stoffen im Verdie Ergebnisse (E5) gleich

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Der Benzolring - Strukturdes Benzols - Benzol als aromatisches System - Reaktionen des Benzols - Elektrophile Substitution

beschreiben die Struktur und Bindungsverhältnisse aromatischer Verbindungen mithilfe mesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstellungen (E6, E7).

Film:Das Traummolekül - August Kekulé und der Benzolring (FWU) Molekülbaukasten: Ermittlung möglicher Strukturen für Dibrombenzol

erklären die elektrophile Erstsubstitution Info: Röntgenstruktur am Benzol und deren Bedeutung als Beleg für das Vorliegen eines aromati- Erarbeitung: elektrophile Substitution Gelegenheit zur Wiederholung schen Systems (UF1, UF3). am Benzol der Reaktionsschritte aus Q1 Arbeitsblatt: Vergleich der elektrophilen Substitution mit der elektrophilen Addition Trainingsblatt: Reaktionsschritte Lehrerinfo: Farbigkeit durch Substituenten

Vom Benzol zum Azofarbstoff Derivate - Farbige des Benzols - Konjugierte Doppelbindungen - Donator-/ Akzeptorgruppen - Mesomerie - Azogruppe

erklären die Farbigkeit von vorgegebenen Stoffen (u.a. Azofarbstoffe) durch Lichtabsorption und erläutern den Zusammenhang zwischen Farbigkeit und Molekülstruktur mithilfe des Mesomeriemodells (mesomere Grenzstrukturen, Delokalisation von Elektronen, Donator-/ Akzeptorgruppen) (UF1, E6).

Welche Farbe für welchen Stoff? - ausgewählte Textilfasern - bedeutsame Textilfarbstoffe - Wechselwirkung zwischen Faser und

Lehrerinfo: Textilfasern Rückgriff auf die Kunststoffchemie (z.B. Polyester) erklären Stoffeigenschaften mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen Arbeitsteilige Gruppenarbeit: (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol- Färben von Textilien, u.a. mit Indigo, Möglichkeiten zur WiederhoKräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4). einem Azofarbstoff lung und Vertiefung: - pH-Wert und der Einfluss auf die Farbe beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Che- zwischenmolekulare

Einfluss von Donator-/ Akzeptorgruppen, konjugierten Doppelbindungen Erarbeitung: Struktur derAzofarbstoffe

erklären vergleichend die Struktur und Arbeitsblatt: Zuordnung von Struktur deren Einfluss auf die Farbigkeit ausge- und Farbe verschiedener Azofarbstoffe wählter organischer Farbstoffe (u.a. Azofarbstoffe) (E6).

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

-

Farbstoff mie unter vorgegebenen Fragestellungen Vor- und Nachteile (B4). bei Herstellung und Anwendung recherchieren zur Herstellung, Verwen- Erstellung von Plakaten dung und Geschichte ausgewählter organischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3).

-

Wechselwirkungen Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Q1 - GK - 126 Einzelstunden Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben - Qualifikationsphase (Q1) Leistungskurs Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten

Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E3 Hypothesen • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • B2 Entscheidungen

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E1 Probleme und Fragestellungen • E2 Wahrnehmung und Messung • E4Untersuchungen und Experimente • K2 Recherche • B1 Kriterien

Inhaltsfelder: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Elektroautos–Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • UF4 Vernetzung • E1 Probleme und Fragestellungen • E5 Auswertung • K2 Recherche • K4 Argumentation • B1 Kriterien • B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse

Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 30 Stunden à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • K2 Recherche • B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS (Teil 1) Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E3 Hypothesen • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 Minuten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten (UV1) Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: • Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen • Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich

Zeitbedarf: ca. 36 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E3 Hypothesen • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie

Sequenzierung inhaltlicher As- Konkretisierte Kompetenzerwartunpekte gen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschrei-quantitative und qualitative ben diese mithilfe des Säure-BaseAnalysen Konzepts von Brønsted (UF1, UF3), -Säuren und Basen im Haushalt - Protolysen - Säure/Base-Theorie nach Brönsted, Donator/AkzeptorPrinzip stellen eine Säure-Base-Reaktion in - Neutralisationsreaktionen einem Funktionsschema dar und er- pH-Wert und Autoprotolyse klären daran das Donator-Akzeptorund Ionenprodukt des Wassers Prinzip (K1, K3), - starke und schwache –Säuren und Basen zeigen an Protolysereaktionen auf, wie - pKs- und pKb-Wert sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7), ……

interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben

Lehrmittel/ Materialien/ Metho- Verbindliche Absprachen den Didaktisch-methodische Anmerkungen Schülerexperiment: qualitative + halbquantitative Analyse von einer/zwei starken Säure(n): S-BIndikatoren / Cl- - u. SO42-Indikat. / Leitfähigkeit / Reaktion mit Mg // S-B-Titration / pH-Messungen (pH-Wert)

-Aufstellen von chungen, AB

Wiederholung zu Säure/Base-Inhalten aus der Sek I (z.B. Formeln, Namen, Reaktionsgleichungen)

Reaktionsglei- Übungsaufgaben sereaktionen

Säure-Base-Theorie Brönsted

Protoly-

nach

Wiederholung

Gleichge-

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

wichtsreaktionen und Massenwirkungsgesetz

das Gleichgewichtunter Nutzung des KS-Wertes (UF2, UF3), erklären die Reaktionswärme bei Neutralisationsrektionen im VerNeutralisationen mit der zugrundelie- gleich genden Protolyse (E3, E6)

berechnen pH-Werte wässriger Lö- Def. pH-Wert, eventuell S.-Exp.: S-Exp: pH-Wert-Messung sungen starker Säuren und starker Verdünnungsreihe einer Verdünnungsreihe zur Basen (Hydroxide)(UF2), Aufgaben zur pH-Berechnung Def. des pH-Werts erläutern die Autoprotolyse und das Anwendung Autoprotolyse und Ionenprodukt des Wassers (UF1), Ionenprodukt des Wassers, AB erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure bzw. einer schwachen und einer starken Base unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts(K3),

- starke und schwache Säuren Verbindlich: S. Exp: pH-Wertund Basen im Vergleich durch S- Messungen starke und Exp.: pH-Wert Messung schwache Säuren - Herleitung Ks- und pKs Wert

-Reaktionsverhalten von starken klassifizieren Säuren mithilfe von KS-, und schwachen Säuren, z.B. ReKB- und pKS-, KB-Werten (UF3), aktion von Säuren mit Metallen und Kalk unter Anwendung des machen Vorhersagen zu Säure-Base- Prinzip von le Chatelier Reaktionen anhand von KS- und KBWerten und von pKS- und pKB-Werten -Anwendung auf Salze, z.B. S. (E3), Experiment mit AmmoniumSalzen (Salmiakpastillen) berechnen pH-Werte wässriger Lösungen einprotoniger schwacher Säuren und entsprechender schwacher -pH-Wert Berechnung von schwaBasen mithilfe des Massenwirkungschen Säuren und Basen gesetzes (UF2).

S. Exp.: Saure oder alkalische Wirkung von Salzen

Übungsaufgaben zu pHWertberechnung von starken und schwachen Säuren und Basen

recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche -Recherche zu Säuren und Basen

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Aussagen zu deren Verwendung ad- im Alltag ressatengerecht (K2, K4) und beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1, B2),

z.B. Internetrecherche zu Alltagsprodukten und denen Säuren und Basen enthalten sind (auch Wdh. Aus der Sek I) und Beschreibung und Beurteilung deren Wirksamkeit und Gefahrenpotential

beschreiben den Einfluss von Säuren und Basen auf die Umwelt an Beispielen und bewerten mögliche Folgen (B3). Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

-

Einfache Titration mit Endpunktbestimmung Potentiometrische Titration Leitfähigkeitstitration Auswertung von Titrationskurven Indikatoren Puffer

planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig (E1,E3), erläutern das Verfahren einer SäureBase-Titration mit Endpunktbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4,E5), nutzen chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Auswahl eines geeigneten Indikators für eine Titration mit Endpunktbestimmung (K2).

Eigenständig Experimente zur Konzentrationsbestimmung planen, z.B. Essig, Salzsäurereiniger etc.

-S.-Exp.: Säure-Base-Titration mit Indikator zur Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen in Alltagsprodukten inklusive Wahl eines geeigneten Indikators

S.-Exp.: Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen in Alltagsprodukten mit Indikator

Def. - Wirkungsweise - Anwendungs-Möglichkeiten für S-BTitrationen / "pH-Orgel", AB Indibewerten die Qualität von Produkten katoren und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base-Reaktionen (B1), beschreiben eine pH-metrische Titration, interpretieren charakteristische Punkte der Titrationskurve (u. a. Äquivalenzpunkt, Halbäquivalenzpunkt) und erklären den Verlauf mithilfe des

-S. Exp: pH-Titration (mit S-BInd.) vergleichend von HCl und HAc - Auswertung incl. theoretischer Berechnungen der gemes-

Verbindlich: Aufnahme Titrationskurven am Beispiel von Salzsäure und Essigsäure bei der pH-metrischen und

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Protolysekonzepts (E5),

senen pH-Werte - ÄP, HÄP - Leitfähigkeitstitration "Neutralisation"-> S-Exp. / Auswertung in Vorträgen

beschreiben und erläutern Titrations- Analyse von Säuren und Basen kurven starker und schwacher Säuren anhand von Titrationskurven + Verbindlich: Ausführliche (K3), Auswertung verschiedener Einsatz von Indikatoren, AnwendTitrationskurven mit AB barkeit bei Titrationen, AB erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6) und erläutern die unterschiedlichen Leitfähigkeiten von sauren und alkalischen Lösungen sowie von Salzlösungen gleicher Stoffmengenkonzentration (E6), beschreiben das Verfahren der Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Probenaus Alltagsprodukten oder der Umwelt und werten vorhandene Messdaten aus(E2, E4, E5),

Anwendung: c(H3PO4) in Cola - Geschichte von CocaCola, S-Exp.- Titrationskurve mehrprotonige Säure

-S. Exp: Leitfähigkeitstitration vergleichend von HCl und HAc Auswertung incl. Konzentrationsbestimmung S-Exp. / Auswertung in Vorträgen

Verbindlich: S.Exp. Leitfähigkeitstitration inklusive graphischer Aufnahme der Messdaten und Äquivalenzpunktbestimmung

dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration und einer pHmetrischen Titration mithilfe graphi- Puffer: S. Exp.: Anwendungen scher Darstellungen (K1), von Puffern - Anwendung Wirkung von Blutpuffersystemen – z.B. bewerten durch eigene Experimente H2CO3/HCO3- (auch experimenS-Exp., AB Puffer gewonnene oder recherchierte Analy- tell); seergebnisse zu Säure-BaseReaktionen auf der Grundlage von Bewertung der Ergebnisse der Kriterien der Produktqualität oder des Konzentrationsbestimmungen Umweltschutzes (B4),

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Titrationsmethoden im Vergleich - Redoxtitration - Vergleich durchgeführter Titrationsmethoden

bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u. a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5), Erkenntnisgewinnung (E): Vergleich von unterschiedlichen Titrationsmethoden zur Konzentvergleichen unterschiedliche Titrati- rationsbestimmung von Säuren onsmethoden (u. a. Säure-Base- und Basen Titration mit einem Indikator, Leitfähigkeitstitration, pH-metrische Titration) hinsichtlich ihrer Aussagekraft für ausgewählte Fragestellungen (E1, E4),

Diskussion der Eignung der unterschiedlichen Verfahren zur Konzentrationsbestimmmung z.B. bei Aceto Balsamico, rotem Salzsäurereiniger oder farblosem Essigreiniger der

Redoxtitration Einstieg: "Alkotest" Wiederholung des RedoxbeRedoxreaktionen, - Entwicklung von Redoxreaktio- griffes, 2Donator-Akzeptor-Prinzip für nen / Vertiefung J2 + S2O3 Elektronen Redoxtitration für c(J2), S.Exp Redoxtitration für c(JO3-) in Jodsalz – Jodometrie, S. Exp Manganometrie z.B. Oxalsäure mit MnO4- (H+), Demo-Exp.

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS (Teil 2) Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon

Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Elektroautos–Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

• • • • • • • •

• • • • • • •

UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4Untersuchungen und Experimente K2 Recherche B1 Kriterien

Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 30 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen

UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E5 Auswertung K2 Recherche K4 Argumentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • K2 Recherche • B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon UV II Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: • Mobile Energiequellen

Zeitbedarf: ca. 30 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E1 Probleme und Fragestellungen • E2 Wahrnehmung und Messung • E4 Untersuchungen und Experimente • K2 Recherche • B1 Kriterien Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Mobile Energiequellen - Redoxreaktionen - Redoxreihe - Daniell-Element - Elektrochemisches Gleichgewicht - Normalwasserstoffelektrode - Standardelektrodenpotential - Nernst-Gleichung

Konkretisierte Kompetenzerwar- Lehrmittel/ Materialien/ Metungen des Kernlehrplans thoden Die Schülerinnen und Schüler … Konzeption eine Oxalsäu+ erklären den Aufbau und die Funk- re/MnO4-(H )-Batterie / Funtitionsweise einer galvanischen Zelle onsweise - Donator-AkzeptorPrinzip (e-) / Zellendiagramm(u. a. DaniellGalvanisches Element (GE) Element) (UF1, UF3),

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Verbindlich: S.Exp.: Bau eines Daniell-Elements Energetik bei ablaufenden Reaktionen in Batterien

Standard-Daniell-Element mit beschreiben den Aufbau einer kleinen Elekroden: ∆U u. VentilStandard-Wasserstoff -Halbzelle lator / Daniellelement mit gro(UF1), ßem Minuspol: ∆U u. Ventillator⇒ Spannung ist stoffabhänberechnen Potentialdifferenzen un- gig - Stromstärke ist oberfläter Nutzung der Standardelektro- chenabhängig / denpotentiale DU = U(Pluspol) - U(Minuspol), und schließen auf die möglichen Bedeutung der Salzbrücke Redoxreaktionen (UF2, UF3), → exotherme (eig. exergonierweitern die Vorstellung von Re- sche) Redox-reaktionen / Reakenthalpie) doxreaktionen, indem sie Oxidatio- tionsenergie(Berechnung ∆HR , AB "Reaktinen/Reduktionen auf der Teilchenebene als ons-enthalpien" elektrochemisches GleichgeElektronen-Donator-Akzeptorwicht: Reaktionen interpre-

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

tieren (E6, E7),

elektrochem. Gleichgewichte Egg-Race Batterien an Elektroden im nicht kurzgeschlossenen GE / irreversibler entwickeln Hypothesen zum Auftre- Ablauf der Redoxreaktion in ten von Redoxreaktionen zwischen kurzgeschlossenen GE Metallen/Metallionen und NichtmePlanung von Batterien mit mögtall/Nichtmetallionen (E3) lichst hoher Spannung: planen Experimente zum Aufbau Planung + S-Exp. mit vorgegegalvanischer Zellen, ziehen benen Elektroden, Metallen + Lösungen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiElektrochemische ten daraus eine Spannungsreihe ab relative Basis-Zusammenhänge - Ed(E1, E2, E4, E5) ligkeitsskala entwickeln aus vorgegebenen Mate- • Metall-Metallsalzrialien galvanische Zellen und treff Kreuzversuche ⇒Edligkeitsskala• Metallblocken Vorhersagen über die zu erwartende Versuche Spannung unter Standardbedin- ⇒Edligkeitsskala• GEs mit gungen (E1,E3), Cu/Cu2+, Zn/Zn2+, Fe/Fe2+ Verbindlich: Kreuzversu⇒Additivität der Spannungen che Metall-Metallsalz erläutern die Umwandlung von • Zn-H2O-Batterie chemischer Energie in elektrische Energie und Normal-H2-Elektrode deren Umkehrung (E6) Normal-H2-Elektrode / U0(H2/H+,c* = 1) = 0V als dokumentieren Versuche zum Auf- Bezug - Einordnung in die EdDemo-Exp.: NWE, bau von galvanischen Zellen und ligkeitsskala / Elektrolysezellen übersichtlich und Tab. Standardelektrodenpotennachvollziehbar (K1), tiale Übungen zur Berechnungen der Potentialdifferenz sowie von Konzentrationen stellen Oxidation und Reduktion als Nernst-Gleichung Teilreaktionen und die Redoxreakti- Auswertung von Messergebon als nissen zu verschiedenen GEs Gesamtreaktion übersichtlich dar (Zellendiagramme, Ermittlunund beschreiben und erläutern die gen von Spannungen, HerstelReaktionen fachsprachlich korrekt

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

(K3) diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4)

lungen von Zusammenhängen) zur Herleitung der umfassenden Nernst-Gleichung Ag/Ag+-Konzentrationskette zur Bestätigung von "0,059" Analysen verschiedener GEs mit NWE als Anwendung der Nernst-Gleichung - hier auch: → Konzentrationsbestimmung von Metallsalzlösungen → Brennstoffzelle mit U(O2/OH) + Anwendung

berechnen Potentiale und Potentialdifferenzen mithilfe der NernstGleichung und ermitteln Ionenkonzentrationen von Metallen und Nichtmetallen (u. a. Wasserstoff L. Demo: Konzentrationsketund Sauerstoff ) (UF2), tenversuch zur Bestimmung der Löslichkeit von AgCl (Löslichplanen Versuche zur quantitativen keitsprodukt) Bestimmung einer MetallionenKonzentration Anwendung S.Übungen zu Remithilfe der Nernst-Gleichung (E4), aktionsbafolgen in der Elektrochemie

Exp. L.-Demo: Ag/Ag+ Konzentrationskette

Übungen zum Rechnen mit der Nernstgleichung: Spannungsberechnung und Konzentrationsberechnung

Verbindlich: Bau eines Leclanché –Element in S.Übungen

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Elektroautos – Fortbewegung mithilfe elektrochemischer ProzesseUV III Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: • Mobile Energiequellen • Elektrochemische Gewinnung von Stoffen • Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse

Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • UF4 Vernetzung • E1 Probleme und Fragestellungen • E5 Auswertung • K2 Recherche • K4 Argumentation • B1 Kriterien • B4 Möglichkeiten und Grenzen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor, Basiskonzept Energie Sequenzierung inhaltli- Konkretisierte Kompetenzerwartungen Lehrmittel/ Materialien/ Methoden cher Aspekte des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Autos, die nicht mit Ben- erklären Aufbau und Funktion elektrochezin fahren mischer Spannungsquellen aus Alltag und Einstieg: S.Exp: CuCl2-Elektrolyse mit Technik (Batterie, Akkumulator, Brenn- nachfolgender Umschaltung zur KupAkkumulatoren stoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegen- fer-Chlor-Batterie den Aspekte galvanischer Zellen (u.a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Re- Bilder und Texte zu Elektromobilen doxreaktion, Trennung der Halbzellen) - Stromversorgung mit Akkumulatoren (UF4). - Stromversorgung mit Brennstoffzellen analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energeti- Beschreibung und Auswertung eischen und stofflichen Aspekten (E1, E5). ner schematischenDarstellung zum Aufbau eines Bleiakkumulators, zum stellen Oxidation und Reduktion als Teilre- Entladen und Laden aktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und be- Recherche zum Lithium-Ionenschreiben und erläutern die Reaktionen Akkumulator: schematischer Aufbau fachsprachlich korrekt (K3). und Prinzip der Reaktionsabläufe beim Laden und Entladen in Partnerarbeit

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Aufriss der Unterrichtsreihe Internetrecherche oder Auswertung vorgegebener Materialien der Lehrkraft Beschreibung der Teile und des Aufbaus eines Bleiakkumulators; Vermutungen über die Funktion der Teile Aufgreifen und Vertiefen der Begriffe: Anode(Ox), Kathode(Red), galvanisches Element, Redoxreaktion; Elektrolyse Selbstständige Partnerarbeit oder Gruppenarbeit, Vorstellen der Ergebnisse in Kurzvorträgen

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Ladeund Entladevorgänge (K2, K3).

im Internet oder mithilfe von der Lehrkraft bereitgestellten Materialien Die Rechercheergebnisse müssen gesichert werden, z.B. durch eine Diskussion der Vorzüge und Nachtei- Skizze zum Aufbau des Akkumulale des Bleiakkumulators und des Lithi- tors, Reaktionsgleichungen und eium-Ionen-Akkumulators im Vergleich nen eigenständig verfassten Kurzfür den Betrieb von Elektroautos text

Brennstoffzelle

erläutern den Aufbau und die Funktionsweise einer Wasserstoff-Brennstoffzelle Schülervortrag mit Demonstrati(UF1, UF3). onsexperiment und Handout Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle erläutern die Umwandlung von chemischer Aufbau und Reaktionsabläufe Energie in elektrische Energie und deren (-> Solarwasserstoffanlage) Umkehrung (E6). Demo: Solarwasserstoffauto analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5). Lehrerinformationen zum Unterschied Energiespeicher / Energierecherchieren Informationen zum Aufbau wandler mobiler Energiequellen und präsentieren Vergleich Akkumulator und Brennmithilfe adressatengerechter Skizzen die stoffzelle Funktion wesentlicher Teile sowie Ladeund Entladevorgänge (K2, K3).

Sachaspekte, die zu berücksichtigen sind: Reihen- und Parallelschaltung, Anforderung eines Elektromobils, elektrische Energie, elektrische Leistung, Spannung eines Brennstoffzellen-Stapels (Stacks)

Woher bekommt das Brennstoffzellen-Auto den Wasserstoff, seinen Brennstoff? Quantitative Elektrolyse Zersetzungsspannung Faraday-Gesetze Wasserstoff als Energieträger

beschreiben und erläutern Vorgänge bei HCl-Elektrolyse an Pt- u. C-Elektroden einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in - Strom-Spannungskurven - Zersetwässrigen Lösungen) (UF1, UF3). zungsspannung DUz - Überpotentiale Uz deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen eines galvani- Demonstrationsexperiment: schen Elements (UF 4). Elektrolyse von angesäuertem Wasser (Hofmannscher-Zersetzungsapparat) erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berück- zur Untersuchung der Elektrolyse in sichtigung des Phänomens der Überspan- Abhängigkeit von der Stromstärke und nung (UF2). der Zeit. n∼I*t

Reflexion des Experiments: Redoxreaktion, exotherme Reaktion, Einsatz von elektrischer Energie: W = U*I*t, Zersetzungsspannung Vergleich mit der errechneten Spannung aus den Redoxpotentialen Anlage einer übersichtlichen Wertetabelle, grafische Auswertung, Schüler- oder Lehrerexperiment

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

schließen aus experimentellen Daten auf elektrochemische Gesetzmäßigkeiten (u.a. Faraday-Gesetze) (E6).

Bestimmung der FaradayKonstante über die Gasvolumina

Alternativ: Lehrerdemonstrationserläutern und berechnen mit den Faraday- experiment: Selbstständiger Umgang mit GröGesetzen Stoff- und Energieumsätze bei Quantitative Kupferabscheidung aus ßen der Chemie und der Elektroeiner Kupfer(II)-sulfat-Lösung zur Be- chemie in Einzelarbeit; Korrektur in elektrochemischen Prozessen (UF2). stimmung der Faraday-Konstante) Partnerarbeit werten Daten elektrochemischer Untersuchungen mithilfe der Nernst-Gleichung und AB: Formulierung der FaradayGesetze der Faraday-Gesetze aus (E5). dokumentieren Versuche zum Aufbau von Übungsaufgaben in Einzel- und galvanischen Zellen und Elektrolysezellen Partnerarbeit: u.a.: Berechnung der elektrischen übersichtlich und nachvollziehbar (K1). Energie, die zur Gewinnung von z.B. 1 m3 Wasserstoff notwendig ist, hier auch Aufgaben zur abgeschiedenen Masse Antrieb eines Kraftfahr- argumentieren fachlich korrekt und folgezeugs heute und in der richtig über Vorzüge und Nachteile unterZukunft schiedlicher mobiler Energiequellen und wählen dazu gezielt Informationen aus Energiegewinnung und (K4). Energiespeicherung im Vergleich

Sammeln und Bewerten von Argumenten Expertendiskussion Woher sollte der elektrische Strom zum Laden eines Akkumulators und zur Gewinnung des Wasserstoffs kommen?

erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomi- Vergleichende Betrachtung von Benscher und ökologischer Perspektive (B1, zin, Diesel, Erdgas, Akkumulatoren B3). und Brennstoffzellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges vergleichen und bewerten innovative und - ökologische und ökonomische Asherkömmliche elektrochemische Energie- pekte quellen (u.a. Wasserstoff-Brennstoffzelle, - Energiewirkungsgrad Alkaline-Zelle) (B1).

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4). diskutieren Möglichkeiten der elektrochemischen Energiespeicherung als Voraussetzung für die zukünftige Energieversorgung (B4).

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen UV IV Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: • Korrosion und Korrosionsschutz

Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • K2 Recherche • B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Sequenzierung Aspekte

inhaltlicher Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Korrosion vernichtet Werte recherchieren Beispiele für elektrochemische Korrosion und referieren • Merkmale der Korrosion über Möglichkeiten des Korrosions• Kosten von Korrosionsschutzes (K2, K3). schäden

Ursachen von Korrosion • Lokalelement • Rosten von Eisen - Sauerstoffkorrosion - Säurekorrosion

Schutzmaßnahmen • Galvanisieren • kathodischer Korrosions-

diskutieren ökologische Aspekte und wirtschaftliche Schäden, die durch Korrosionsvorgänge entstehen können (B2). erläutern elektrochemische Korrosionsvorgänge und Maßnahmen zum Korrosionsschutz (u.a. galvanischer Überzug, Opferanode)) (UF1, UF3).

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Abbildungen zu Korrosionsschäden Mind-Map zu einer ersten oder Materialproben mit Korrosions- Strukturierung der Unterrichtsreihe, diese begleitet die Untermerkmalen Sammlung von Kenntnissen und Vor- richtsreihe und wird in den Stunden bei Bedarf ergänzt erfahrungen zur Korrosion

Recherche zu Kosten durch Korrosionsschäden Schüler- oder Lehrerexperiment Experimentelle Erschließung der elektrochemischen Korrosion (z.B. Rosten von Eisennagel in Petrischale in NaCl-Lösung, Lokaleleerweitern die Vorstellung von Redox- ment) reaktionen, indem sie Oxidationen/ Reduktionen auf der Teilchenebene Schülerexperimente als Elektronen-Donator-Akzeptor- Bedingungen, die das Rosten fördern Reaktionen interpretieren (E6, E7). Schülerexperiment erläutern elektrochemische Korrosi- Verkupfern z.B. eines 5 Cent-Stücks onsvorgänge und Maßnahmen zum

Internetrecherche oder Auswertung vorgegebener Materialien der Lehrkraft Selbstständige Auswertung der Experimente mithilfe des Schulbuches oder bildlicher und textlicher Vorgaben durch die Lehrkraft Aufgreifen und Vertiefen der Inhalte und Begriffe: Anode, Kathode, galvanisches Element, Redoxreaktion Anode aus Kupfer bzw. Zink zur Verdeutlichung der Teil-

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

schutz

Korrosionsschutz (u.a. galvanischer Eventuell: Bilder oder Filmsequenz Überzug, Opferanode) (UF1, UF3). zum Verzinken einer Autokarosserie durch Galvanisieren und Feuerverzinbewerten für konkrete Situationen ken ausgewählte Methoden des Korrosionsschutzes bezüglich ihres Aufwan- Welcher Korrosionsschutz ist der beste? des und Nutzens (B3, B2). Bewertung des Korrosionsschutzes nach Darstellung einiger Korrosionsschutzmaßnahmen durch Kurzreferate

nahme der Anode an einer Elektrolyse(Opferanode); selbstständige Auswertung des Experimentes mithilfe des Schulbuches

Sammeln und Bewerten von Argumenten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Q2 - LK - 84 Einzelstunden Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben - Qualifikationsphase (Q1) Leistungskurs Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe - nicht nur für Autos

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II • • • • • •

UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E 4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E4 Untersuchungen und Experimente • E5 Auswertung • E7 Arbeits- und Denkweisen • K3 Präsentation • B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe

Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei Synthesen Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • E3 Hypothesen • E6 Modelle • E7 Arbeits- und Denkweisen • B4 Möglichkeiten und Grenzen

Zeitbedarf: ca. 34 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Farbstoffe im Alltag Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • K3 Präsentation • K4 Argumentation • B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe

Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit

Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten

Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten

Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe - nicht nur für Autos Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen:

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

• • • • • •

UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E 4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

• • • • • • •

UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe Zeitbedarf: ca. 34 Stunden à 45 Minuten

Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt UV I Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: • Organische Verbindungen und Reaktionswege

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF3 Systematisierung • UF4 Vernetzung

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten

• • • •

E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft, Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht, Basiskonzept Energie

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Erdöl, ein Gemisch vielfältiger Kohlenwasserstoffe • Stoffklassen und Reaktionstypen • zwischenmolekulare Wechselwirkungen • Stoffklassen • homologe Reihe • Destillation • Cracken

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … erklären Stoffeigenschaften mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-DipolKräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4). verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4).

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Demonstration von Erdöl und Erdölprodukten: Erdöl, Teer, Paraffin, Heizöl, Diesel, Superbenzin, Super E10, Schwefel Film: Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl Die fraktionierende Destillation Arbeitsblattmit Destillationsturm

erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stoffeigenschaften voraus (UF1). erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4). verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3).

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

Film: Verbrennung von Kohlenwasserstoffen im Otto- und Dieselmotor Arbeitsblatt mit Darstellung der Takte

erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3). Grafik zur Zusammensetzung von

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Thema: Vom Erdöl zum Superbenzin – Kartenabfrage vor Themenformulierung Selbstständige Auswertung des Films mithilfe des Arbeitsblattes; mündliche Darstellung der Destillation, Klärung des Begriffs Fraktion Wdhg.: Summenformel, Strukturformel, Nomenklatur; Stoffklassen: Alkane, Cycloalkane, Alkene, Cycloalkene, Alkine, Aromaten (ohne Erklärung der Mesomerie), Nutzung des eingeführten Schulbuchs Die Karten zu den Arbeitstakten müssen ausgeschnitten und in die Chemiemappe eingeklebt werden, die Takte sind zutreffend zu beschriften, intensives Einüben der Beschreibung und Erläuterung der Grafik Benzin aus der Erdöldestillation genügt dem Anspruch der heutigen Motoren nicht Einführung der Octanzahl, Wiederaufgreifen der Stoffklassen

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Wege zum gewünschten Produkt • elektrophile Addition • Substitution

formulieren Reaktionsschritte einer elektrophile Addition und erläutern diese (UF1). verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4). klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Eliminierungen und Kondensationen (UF3). schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3).

Erdölen und zum Bedarf der Produkte Demonstrationsexperiment zum Cracken Kraftfahrzeugbenzin – Verbrennung und Veredelung (Cracken, Reformieren) Aufgabe zur Synthese des Antiklopfmittels MTBE: Erhöhen der Klopffestigkeit durch MTBE (ETBE) Säurekatalysierte elektrophile Addition von Methanol an 2Methylpropen (Addition von Ethanol an 2-Methylpropen)

Versuchsskizze, Beschreibung und weitgehend selbstständige Auswertung

Übungsbeispiel um Sicherheit im Umgang mit komplexen Aufgabenstellungen zu gewinnen, Einzelarbeit betonen

Einfluss des I-Effektes herausstellen, Lösen der Aufgabe in Partnerarbeit

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

verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3).

Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe – nicht nur für Autos

UV II

Inhaltsfeld 4: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: • Organische Verbindungen und Reaktionswege

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

• •

Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe

Zeitbedarf:34 Std. à 45 Minuten

• • • • • •

UF3 Systematisierung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Donator-Akzeptor Sequenzierung cher Aspekte

inhaltli- Konkretisierte Kompetenzerwartungen Lehrmittel/ Materialien/ Methoden des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …. Die Vielfalt der KunstDemonstration von Kunststoffteilen stoffe im Auto: eines Autos: • Blinkerabdeckung • Definition der Begriffe • Sicherheitsgurt „Kunststoff“ • Keilriemenrolle „Makromolekül“ • Sitzbezug „Polymer“ „Monomer“ Mind Map: Kunststoffe im Auto -



Bsp. für Eigenschaften von Kunststoffen und deren Verwendung

Eigenschaften, Synthesereaktionen, Stoffklassen und Verarbeitung von Kunststoffen 1. Transparentes Plexiglas (PMMA): • Reaktionsschritte der radikalischen Polymerisation

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Ausgehend von der Verwendung von Kunststoffen im Auto werden Fragestellungen entwickelt und eine Mind Map erstellt und im Laufe der Unterrichtssequenz ergänzt.

In der Eingangsdiagnose wird das für den folgenden Eigenschaften und Verwendung Unterricht bedeutsame Vorwissen der SuS abgefragt. Eingangstest: Materialien zur individuelintermolekulare Wechselwirkungen, len Wiederholung der Lernfunktionelle Gruppen. inhalte werden im Verlauf des Unterrichts bereitgestellt. beschreiben und erläutern die Reaktions- Die folgenden Schüler Experimente Reaktionsschritte der radikaschritte einer radikalischen Polymerisation werden als Lernzirkel durchgeführt. lischen Polymerisation kön(UF1, UF3). nen in Lernprogrammen erarbeitet werden. erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im Materialien zur individuelmakromolekularen Bereich (E4). len Wiederholung: • Herstellung einer PMMA Scheibe zu 1.:

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II



Faserstruktur und Transparenz 2. Reißfeste Fasern aus PET: • Aufbau von Polyestern • Polykondensation (ohne Mechanismus) • Faserstruktur und Reißfestigkeit • Schmelzspinnverfahren 3. Hitzebeständige Kunststoffe für den Motorraum: Hitzebeständigkeit und Molekülstruktur der Duromere, Elastomere und Thermoplaste 4. Nylonfasern für Sitzbezüge • Aufbau von Nylon • Polyamide

beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle den Verlauf ausgewählter chemischer Reaktionen in Teilschritten (K3). vergleichen ausgewählte organische Ver- • bindungen und entwickeln Hypothesen zu deren Reaktionsverhalten aus den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt) (E3). untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaften, planen dafür zielgerichtete Experimente (u.a. zum thermischen Verhalten), • führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5). ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere, Duromere) (E5). •

durch radikalische Polymerisation

Herstellung einer Polyesterfaser mit einer Heißklebepistole

Alkene, elektrophile Addition

zu 2.: Alkanole, Carbonsäuren, Ester, Veresterung und Verseifung, Intermolekulare Wechselwirkungen

Thermische Eigenschaften von Duromeren, Elastomeren und Thermoplasten

„Nylonseiltrick“

erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterschei- Protokolle den Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Systematisierung der Polyester, Polyamide, Polycarbonate) (UF1, Arbeitsblätter zur Zusammenfassung kennen gelernten Stoff- UF3). der Stoffklassen und Reaktionstypen. klassen und Reaktionstypen. erläutern die Eigenschaften von Polymeren aufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Kettenlänge, Vernetzungsgrad) und erklären ihre praktische Verwendung (UF3, UF4). Kunststoff werden in recherchieren zur Herstellung, Verwendung Mögliche Formen der Präsentationen Form gebracht: und Geschichte ausgewählter organischer durch die SuS: Kunststoffverarbeitung Verbindungen und stellen die Ergebnisse Referat, Posterpräsentation, Museumsgang oder WIKI. Verfahren, z.B.: adressatengerecht vor (K2, K3). • Extrudieren Einsatz von Filmen und Animationen

zu 4.: Alkanole, Carbonsäuren, Ester, Veresterung und Verseifung,

In diesem und den folgenden Unterrichtseinheiten können S-Präsentationen(Referate, Poster, WIKI) erstellt wer-

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

• • •

Geschichte der Kunststoffe Reaktionsweg zur Herstellung von Polycarbonat, dem Kunststoff für Auto-Sonnendächer

• • •

zu den Verarbeitungsprozessen.

Spritzgießen Extrusionsblasformen Fasern spinnen

Bau der Polycarbonate Vorteile gegenüber PMMA (Elastizität, Wärmebeständigkeit) Syntheseweg zum Polycarbonat

Maßgeschneiderte Kunststoffe z.B.: • Cokondensate und "Blends" auf Basis von Polycarbonaten • Plexiglas (PMMA) mit UV-Schutz • Superabsorber • Cyclodextrine • Silikone

den. MöglicheThemen:

• • Recherche: Aufbau der Polycarbonate Reaktionweg zur Herstellung von Polycarbonaten aus Basischemikalien Eigenschaften in Bezug auf ihre Eigverknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen nung als Werkstoff für Autodächer und Reaktionswegen zur gezielten Herstel- Vorteile gegenüber PMMA lung eines erwünschten Produktes (UF2, Flussdiagramme zur VeranschauliUF4). chung des Reaktionswegs und Herstelverwenden geeignete graphische Darstel- lungsprozesses lungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3). stellen Erkenntnisse der Strukturchemie in Arbeitsteilige Gruppenarbeit ggf. mit ihrer Bedeutung für die Weiterentwicklung Schüler-Experimenten zu ausgewählder Chemie (u.a. Aromaten, Makromolekü- ten maßgeschneiderten Kunststoffen, le) dar (E7). z.B.: präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata.(K3)

präsentieren die Herstellung ausgewählter • organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen • oder Schemata (K3).

Plexiglas mit UV-Schutz Superabsorber und ihre Wasseraufnahmefähigkeit

demonstrieren an ausgewählten Beispielen • Cyclodextrine als "Geruchskiller" mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion „maßgeschneiderter“ Moleküle (K3) Präsentation der Ergebnisse als beschreiben und diskutieren aktuelle Ent- WIKI oder als Poster (Museumswicklungen im Bereich organischer Werk- gang) stoffe und Farbstoffe unter vorgegebenen und selbstständig gewählten Fragestellun-

Verarbeitungsverfahren Historische Kunststoffe

Weitere mögliche Themen für S-Präsentationen: Verwendungen von Polycarbonaten (z.B. in LCDBildschirmen, als Fassungen für LEDs) und von PMMA.

Die SuS suchen sich die Themen nach ihrem Interesse aus. Bei den Vorträgen soll auch auf die Synthesewege eingegangen werden und deren Darstellung eingeübt werden. Cokondensation und "Blending" dienen der Modifikation von Kunststoffeigenschaften. Der Nachweis der UVabsorbierenden Wirkung der Plexiglasscheibe soll nur qualitativ mit Hilfe einer UVLampe erfolgen. Der Versuch eignet sich zur Überleitung zum Thema

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

gen (K4).

Farbstoffe.

Kunststoffmüll ist wertvoll: diskutieren und bewerten Wege zur HerstelKunststoffverwertung lung ausgewählter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. industrieller Zwischenprodukte aus ökonomischer und ökologischer • UmweltverschmutPerspektive (B1, B2, B3). zung durch Plastikmüll erläutern und bewerten den Einsatz von • Verwertung von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für Kunststoffen: die Herstellung von Produkten des Alltags - energetisch und der Technik (B3). - rohstofflich - stofflich beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter • Ökobilanz vorgegebenen Fragestellungen (B4). von Kunststoffen

Arbeitsteilige Gruppenarbeit ggf. mit Schüler-Experimenten • Umschmelzen von Polycarbonat (CD) oder PET (Flaschen) • Herstellung von Stärkefolien • Herstellung von kompostierbarem Verpackungsmaterial "Stärkopor"

Fächerübergreifender Aspekt: Plastikmüll verschmutzt die Meere (Biologie: Ökologie).

Einsatz von Filmen zur Visualisierung der Verwertungsprozesse. Podiumsdiskussion: z.B. zum Thema „Einsatz von kompostierbarem Verpackungsmaterial“

Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei Synthesen

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • •

UF2 Auswahl E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten

Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei SynthesenUV III Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF2 Auswahl • E3 Hypothesen • E6 Modelle

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II • •

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept: Struktur – Eigenschaft

Zeitbedarf: 20 Std. à 45 Minuten

Sequenzierung Aspekte

inhaltlicher

E7 Arbeits- und Denkweisen B4 Möglichkeiten und Grenzen

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Die Schülerinnen und Schüler ….

Das aromatische System am recherchieren zur Herstellung, Verwendung Beispiel des Benzols, Phenols und Geschichte ausgewählter organischer Geschichte des Benzols Verbindungen und stellen die Ergebnisse „Benzolstammbaum“ und anderer Aromaten adressatengerecht vor (K2, K3),

Wh. Elementaranalyse zur Ermittlung der Summenformel

stellen Erkenntnisse der Strukturchemie in ihrer Bedeutung für die Weiterentwicklung der Chemie (u.a. Aromaten, Makromoleküle) dar (E7), 6 Kennzeichen der Aromaten beschreiben die Struktur und Bindungsver- spez. Mesomerieenergie bzw. stabilisierung

hältnisse aromatischer Verbindungen mithilfe mesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstellung (E6, E7),

erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen StoffeiSäure- und Basenstärken von arogenschaften vorher (UF1), matischen Verbindungen im Vergleich – Bromierung von Cyclohexen und Benzol im Vergleich

Wh. pH-Berechnungen, Titrationskurven Wh. AE

elektrophile Erstund erläutern das Reaktionsverhalten von aroZweitsubstitution am Aro- matischen Verbindungen (u.a. Benzol, SE-Mechanismus Brom an Benzol Phenol) und erklären dies mit Reaktions- – notwendiger Katalysatoreinsatz maten schritten der elektrophilen Erst- und Zweitsubstitution von Brom - Pro-

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

duktverhältnis → +M-Effekt des Br und seine mesomeren Grenzstrukvergleichen ausgewählte organische Ver- turen

Zweitsubstitution(UF1, UF2),

bindungen und entwickeln Hypothesen zu deren Reaktionsverhalten aus den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt) (E3), erklären Reaktionsabläufe unter dem Gesichtspunkt der Produktausbeute und Reaktionsführung (UF4), verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3), verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktions- Kettenreaktionschemata wegen und Reaktionsfolgen (K1, K3), beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle den Verlauf ausgewählter chemischer Reaktionen in Teilschritten (K3), Reaktionswege

verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstel- Synthesen weiterer Aromatischer lung eines erwünschten Produktes (UF2, Verbindungen – z.B. Anilin, Phenol, Sulfanilsäure, Toluol, Nitrobenzol – UF4), und deren Weiterreaktionen zu machen eine Voraussage über den Ort der wichtigen Produkten (ABs)

elektrophilen Zweitsubstitution am Aromaten und begründen diese mit dem Einfluss des Erstsubstituenten (E3, E6), präsentieren die Herstellung ausgewählter 56

Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben IV:

organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata (K3),

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Farbstoffe im Alltag Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • • •

UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle K3 Präsentation K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Farbstoffe im Alltag UV IV Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: • Farbstoffe und Farbigkeit

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • UF1 Wiedergabe • UF3 Systematisierung • E6 Modelle • K3 Präsentation • K4 Argumentation • B4 Möglichkeiten und Grenzen

Zeitbedarf: 20 Std. à 45 Minuten

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kernlehrplans

Kompetenzerwartungen

des

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept: Struktur – Eigenschaft Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Die Schülerinnen und Schüler ….

Farben im Alltag - Farbigkeit und Licht - Absorptionsspektrum

Mindmap: Farbe erläutern Zusammenhänge zwischen Lichtabsorption und Farbigkeit fachsprachlich Erarbeitung: angemessen (K3). Fachbegriffe

Licht

und

Farbe,

werten Absorptionsspektren fotometrischer Experiment: Fotometrie und AbMessungen aus und interpretieren die Er- sorptionsspektren gebnisse (E5)

Grundlagen und Arbeitsweise des Photometers Abhängigkeit der Lichtabsorption von - dem Stoff selbst - von der Konzentration Zusammengefasst im LambertBeer-Gesetz Dazu: •Aufnahme eines Absorptionsspektrums eines Farbstoffen in Softdrink (z.B. „Apfelsinchen“ mit Cochenille E120 • Messungen zur Erstellung einer ExtinktionsKonzentrationsgeraden (= Vorbereitung zum UV4: Nitratbestimmung)

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Organische Farbstoffe - Farbe und Struktur - Konjugierte Doppelbindungen - Donator-/ Akzeptorgruppen - Mesomerie - Azofarbstoffe - Triphenylmethanfarbstoffe

erklären die Farbigkeit von vorgegebenen Stoffen (u.a. Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe) durch Lichtabsorption und erläutern den Zusammenhang zwischen Farbigkeit und Molekülstruktur mit Hilfe des Mesomeriemodells (mesomere Grenzstrukturen, Delokalisation von Elektronen, Donator-/ Akzeptorgruppen (UF1, E6).

Arbeitsblatt: Kriterien für Farbigkeit Einfluss von konjugierten Doppelbindungen bzw. Donator-/ Akzeptorgruppen

Lernaufgabe: Azofarbstoffe geben ein Reaktionsschema für die Synthese eines Azofarbstoffes an und erläu- Demonstrationsexperiment: tern die Azokupplung als elektrophile Farbwechsel von Phenolphthalein Zweitsubstitution (UF1, UF3)

Wiederholung: Substitution

elektrophile

Erarbeitung der Strukturen erklären vergleichend die Struktur und deren Einfluss auf die Farbigkeit ausgewähl- Schülerexperiment: Synthese von ter organischer Farbstoffe (u.a. Azofarb- Fluorescein stoffe, Triphenylmethanfarbstoffe) (E6). Verwendung von Farbstoffen - bedeutsame Textilfarbstoffe - Wechselwirkung zwischen Faser und Farbstoff

recherchieren zur Herstellung, Verwen- Recherche: FarbigeKleidung im dung und Geschichte ausgewählter orga- Wandel der Zeit nischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3). Schülerexperiment: Färben mit Indigo und mit einem Direktfarbstoff demonstrieren an ausgewählten Beispielen Diskussion und Vergleich mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion „maßgeschneiderter“ Molekü- Arbeitsblatt: Textilfasern und le (K3). Farbstoffe (Prinzipien der Haftung) beschreiben und diskutieren aktuelle Entwicklungen im Bereich organischer Werkstoffe und Farbstoffe unter vorgegebenen und selbstständig gewählten Fragestellungen (K4).

Rückgriff auf die Kunststoffchemie möglich ggf. weitere Färbemethoden

Wiederholung zwischenmolekularer Wechselwirkungen

Moderne Kleidung: z.B. Azofarbstoffe und redukErwartungen tive Azospaltung Recherche: Moderne Textilfasern und Textilfarbstoffe – Herstellung, Verwendung, Probleme

erklären Stoffeigenschaften und Reakti- Erstellung von Postern und Muonsverhalten mit zwischenmolekularen seumsgang Wechselwirkungen (u.a. Van-der-WaalsKräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoff-

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

brücken (UF3, UF4). beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter Reduktive Spaltung von Azofarbvorgegebenen Fragestellungen (B4). stoffen

Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS 61

Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Konzentrationsbestimmung von Farbstoffen in Lebensmitteln mithilfe des Fotometers Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • • • • • •

E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung K1 Dokumentation K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Konzentrationsbestimmung durch Lichtabsorption Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten

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Schulinterner Lehrplan – Sekundarstufe II

Kontext: Konzentrationsbestimmung von Farbstoffen in Lebensmitteln mithilfe des Fotometers UV V Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Konzentrationsbestimmung durch Lichtabsorption

Zeitbedarf: 10 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkteübergeordneter Kompetenzerwartungen: • E2 Wahrnehmung und Messung • E5 Auswertung • K1 Dokumentation • K3 Präsentation • B1 Kriterien • B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept: Struktur – Eigenschaft

Sequenzierung Aspekte

inhaltlicher

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Die Schülerinnen und Schüler ….

Konzentrationsbestimmung von Farbstoffen in Lebensmitteln mithilfe des Fotometers

gewichten Analyseergebnisse (u.a. fotomet- Planung einer fotometrischen Konrische Messung) vor dem Hintergrund um- zentrationsbestimmung unter Vorgabe der zu benutzenden Stoffe weltrelevanter Fragestellungen (B1, B2), werten Absorptionsspektren fotometrischer Messungen aus und interpretieren die Ergebnisse (E5), berechnen aus Messwerten zur Extinktion mithilfe des Lambert-Beer-Gesetzes die Konzentration von Farbstoffen in Lösungen (E5),

z.B. die Konzentrationsbestimmung von Lebensmittelfarbstoffen in Likören oder Limonaden

mehrstündiges S-Exp: Aufnahme einer ExtinktionsEichgeraden – Berechnung des mittleren Extinktionskoeffizienten mittels Lambert-Beer-Gesetz – Extinktionsmessung der Probe

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