Chemie im ersten Jahr
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Grundsätze
Unterrichtsinhalte
Grundsätze
Folgende Bereiche realisieren den Bildungsauftrag für das Fach Chemie, wobei Wissenschafts- und Schülerorientierung berücksichtigt werden
müssen:
- Stoffe, Stoffeigenschaften, Stoffumwandlungen
- Grundvorstellungen vom Aufbau der Materie und zum Beschreiben chemischer Vorgänge und
Gesetzmäßigkeiten
- Energie
- Technik und Umwelt
- fachspezifische Denk- und Arbeitsweisen
Es sollte vom Phänomen in Anknüpfung an die Alltagserfahrung der Schüler ausgegangen
werden, wobei der Unterricht nicht beim reinen Phänomen stecken bleiben darf.
Wegen der Fülle von möglichen Inhalten wird das exemplarische Lernen den Unterricht
bestimmen.
Denkoperationen sollten immer von konkreten Situationen, in der Regel vom Experiment
ausgehen.
Die Schüler müssen die Grundregeln für sorgfältiges Experimentieren erlangen.
Schülerexperimente sollten im Vordergrund stehen, sofern es die Größe und Disziplin der
Schülergruppe, die Ausstattung der Schule und die Gefahrstoffverordnung zulassen.
Ein genaues und sauberes Protokollieren der Experimente (Durchführung, Beobachtung,
Erklärung) muss ständig geübt werden.
Auf das Einüben der exakten Fachsprache muss unbedingt Wert gelegt werden.
Erklärungen von Versuchen sollten mit einfachen Modellvorstellungen unterstützt werden.
Als Teilchenmodell bietet sich zunächst das einfache Kugelteilchenmodell an (z.B. zur Erklärung
der Aggregatzustände).
Neben qualitativen Betrachtungen müssen auch erste quantitative Untersuchungen
durchgeführt werden (z.B. Wägungen, Temperatur-, Volumen- und Dichtebestimmungen).
Reaktionen werden mit einem einfachen Reaktionsschema in Worten beschrieben.
Projektorientiertes Arbeiten kann der Schülerorientierung dienen und eigene Ideen der
Schüler einfließen lassen (z.B. Stofftrennungen, Untersuchungen von Luft und Wasser).
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Unterrichtsinhalte
Der vorgestellte Katalog ist ein Maximalkatalog, aus dem Schwerpunkte gewählt werden müssen.
1. Einführung:
Über einen Einstiegsversuch (z.B. Verkohlung von Zucker, tanzendes Gummibärchen,
Reaktion von Zink mit Schwefel) soll geklärt werden, dass die Chemie Eigenschaften,
Zusammensetzung und Umwandlungen von Stoffen untersucht.
Der Aufbau eines Versuchsprotokolls wird eingeführt und der Umgang mit dem
Unterrichtsbegleitheft und dem Chemiebuch wird besprochen.
2. Geräte und Sicherheitsregeln:
- Sicherheitsbelehrung und Arbeitsanweisung für Schüler gemäß Gefahrstoffverordnung
- Gefahrensymbole, R- und S-Sätze
- Glasgeräte, Stativmaterial, Thermometer
- Umgang mit dem Gasbrenner am Beispiel Erhitzen von Wasser in einem Reagenzglas
- Untersuchung der Flamme mit einem Magnesiastäbchen (oder Platindraht):
Wärmeverteilung, leuchtende und nicht leuchtende Flamme
- Umgang mit der Waage (Massenbestimmung; der alltägliche Gebrauch des
Begriffs Gewicht sollte sukzessive durch den Begriff Masse ersetzt werden)
3. Stoffbegriff und Charakterisierung von Stoffen:
- Abgrenzung von Gegenständen und Stoffen
- Beschreibung von Stoffen
- Faktoren, die die Eigenschaften von Stoffen bestimmen
Aussehen, Verformbarkeit, Geruch, Brennbarkeit, Verhalten in Wasser, Giftigkeit, Härte,
elektrische Leitfähigkeit, Magnetismus
Stoffe: Metalle, Holz, Keramik, Glas, Wasser, Benzin, Salz, Zucker
4. Verändern von Stoffen beim Erhitzen:
- Erhitzen von Wasser, Stearinsäure, Zucker, Salz, Zinkoxid, Magnesium, Kupfer, Platin
- Unterscheidung in umkehrbare und nicht umkehrbare Vorgänge
5. Aggregatzustände und Zustandsänderungen:
- Begriffe der Zustandsänderung
- Bestimmung der Schmelztemperatur von Stearinsäure (evtl. Temperatur/Zeitdiagramm):
Reagenzglas mit Stearinsäure wird in einem Wasserbad erwärmt. Die Spitze
des Thermometers befindet sich in der Stearinsäure.
- Bestimmung der Siedetemperaturen von Wasser und Alkohol (Spiritus): Die
Flüssigkeit wird in einem Zweihalsrundkolben mit aufgesetztem
Rückflusskühler erwärmt. Das Thermometer wird durch die zweite Öffnung
des Kolbens gesteckt und zwar so, dass die Spitze sich im Gasraum über der
Flüssigkeit befindet.
- Sublimation und Resublimation von Iod: Einige Kristalle Iod werden in
einen großen Rundkolben (1 L) gegeben. Der Kolben wird vorsichtig erwärmt.
Die Öffnung des Kolbens wird mit Glaswolle verschlossen.
6. Dichte:
- Einführung über die Masse von Dichtewürfeln gleichen Volumens
oder über eine Beziehung zwischen Masse und Volumen verschiedener Portionen eines
gleichen Stoffes
- Dichte = Masse/Volumen
- Bestimmung der Dichte von Feststoffen (Steine, Schwefel) über die Volumenbestimmung
durch Wasserverdrängung
- Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten (Wasser, Alkohol) über die Ermittlung der
Masse und des Volumens
- Bestimmung der Dichte von Gasen (Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid) mit
der Gaswägekugel: Die Kugel (1 L) wird mit Luft und anschließend evakuiert
gewogen. Aus der Differenz ergibt sich die Dichte von Luft. Außerdem lässt
sich die Kugel mit anderen Gasen füllen.
- evtl. Dichtebestimmung von Lösungen (z.B. alkoholische Lösungen) mit Aräometern
- Vergleich von Dichten als Eigenschaftsmerkmal und Identifikation unbekannter Stoffe
über die Dichte
7. Löslichkeit von Stoffen:
- Löslichkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln (z.B. Zucker, Kochsalz, Öl, Paraffin in
Wasser, Alkohol, Benzin)
- Beeinflussung der Löslichkeit durch die Temperatur (Zucker, Kochsalz)
- Diskussion von Löslichkeitskurven
- Begriffe: Massenanteil (Masse/Masse der Lösung, %), Volumenanteil
(Volumen/Volumen der Lösung, %), Massenkonzentration (Masse/Volumen der
Lösung, g/L), gesättigte Lösung
- Auskristallisieren von Kochsalz und Alaun aus gesättigten Lösungen
8. Reinstoffe, Stoffgemische und Trennverfahren:
- Herstellung von Stoffgemischen (z.B. Sand und Kochsalz, Kochsalz und Wasser) und deren
Trennung (Lösen, Filtrieren, Eindampfen)
- homogene und heterogene Stoffgemische
- Sedimentieren einer Wasser/Gips-Suspension
- Destillation einer Kochsalzlösung und von Wein:
Die Destillationsapparatur wird entweder entwickelt oder fertig aufgebaut vorgestellt.
- Scheiden eines Gemischs aus Öl (Benzin) und Wasser mit dem
Scheidetrichter
- Adsorbieren von Brom aus Luft mit Aktivkohle: In einen Standzylinder mit
Bromgas wird etwas Aktivkohle gegeben.
- Ausschütteln einer wässrigen Iodlösung mit Benzin
- Extraktion von Fetten, Ölen aus Lebensmitteln (z.B. Kokosraspeln,
Erdnüssen)
- Chromatographie eines Farbstoffgemischs (z.B. Farbe von Folienstiften,
Blattgrün, Lebensmittelfarbstoffen)
- vom Steinsalz zum Speisesalz: Lösen, Filtrieren, Eindampfen
- Wasser in unserer Umwelt: Trinkwasser und Abwasser, Nachweis einiger Mineralsalze im
Grundwasser (z.B. gelöster Kalk, Kochsalz, Härtebestimmung mit
Teststäbchen)
9. Modellvorstellungen: (Diese können in die Kapitel 5 bis 8 integriert
werden.)
- Teilchen werden immer kleiner: grobe Suspension, feine Suspension, Kolloide
- Komprimierbarkeit von Gasen (in einem Kolbenprober, im Unterschied zur
Nichtkomprimierbarkeit von Wasser), Kugelteilchenmodell der Aggregatzustände
- Mischen von Alkohol und Wasser (Modelldarstellung der Volumenkontraktion mit Erbsen und
Senfkörnern)
- Diffusion von Kaliumpermanganat in Wasser, Brom in Luft (Brownsche Bewegung)
- Diffusion von Wasserstoff durch einen Tonzylinder
10. Chemische Reaktionen, Elemente und Verbindungen:
- Bildung von Eisensulfid: Eisenpulver und Schwefelpulver (Massenverhältnis
7:4) werden in einem Reagenzglas erhitzt.
- Bildung von Kupfersulfid: Ein Kupferblech und Schwefelpulver werden in
einem Reagenzglas erhitzt.
- Einführung der Begriffe Element, Verbindung (Erweiterung des Stoffbegriffs), Synthese
- Reaktionsschema in Worten
- Energiebegriff, insbesondere Wärme und Licht, im Zusammenhang mit
chemischen Reaktionen
- Exotherme Reaktion und Aktivierungsenergie (evtl. mit Energiediagramm)
11. Luft, Sauerstoff und Verbrennung:
- Verändern von Eisenwolle beim Erhitzen an der Luft
- Massenzunahme der Eisenwolle beim Erhitzen (Versuch mit Balkenwaage)
- Verbrennen von Eisenwolle in einem Standzylinder mit reinem Sauerstoff. Im
Unterschied kann man zeigen, dass glühende Eisenwolle in einem
Standzylinder mit Stickstoff erlischt.
- Zusammensetzung der Luft: Erhitzen von Eisenwolle in einem Reaktionsrohr mit zwei
Kolbenprobern
- Verbrennen von weißem Phosphor in einem abgeschlossenen Luftvolumen
(Glasglocke in Wasser)
- Begriff Oxidation
- langsame Oxidation von Eisen (Rosten)
- Zerlegung von Quecksilberoxid (Silberoxid): Erhitzen in einem Reagenzglas
und Nachweis des Sauerstoffs, den man in einem Kolbenprober auffangen kann.
- Begriffe Analyse, Reduktion und endotherme Reaktion
- Verbrennen unterschiedlicher Metalle (Metallpulver in Gasbrennerflamme), Metallreihe
- Verbrennen und Entzündungstemperatur
- Gefahr durch Brände (z.B. Fettbrand, Metallbrände, brennbare Flüssigkeiten) und
Brandbekämpfung (Brandklassen A bis D)
- Gewinnung (vereinfachtes Lindeverfahren) und Verwendung von Sauerstoff in der Technik (z.B. Schweißen)
- Schadstoffe in der Luft und deren Vermeidung
12. Gesetz von der Erhaltung der Masse:
- Zünden von Streichholzköpfen in einem abgeschlossenen Reagenzglas
- Kurzschließen eines Blitzlichtes (alter Art mit Magnesium)
- Erhitzen von Kupfer und Schwefel in einem abgeschlossenen Reagenzglas
- Kerze brennt auf einer Waage (Notwendigkeit eines abgeschlossenen Systems)
13. Kohlenstoff und Sauerstoff
- Verbrennen von Kohlenstoff in Sauerstoff, Nachweis des Kohlenstoffdioxids mit Kalkwasser
- Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Stoffen (Paraffin, Benzin, Propan bzw. Butan) und
Nachweis des Kohlenstoffdioxids: Die Verbrennungsgase werden durch eine
Flasche mit Kalkwasser gezogen (Wasserstahlpumpe).
- Nachweis von Kohlenstoffdioxid in der Atemluft
- Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid (Dichte, erstickende Eigenschaften)
- Verwendung von Kohlenstoffdioxid (Getränke, Feuerlöscher)
- Verbrennen von Magnesium in Kohlenstoffdioxid (ein brennendes
Magnesiumband wird in einen Standzylinder mit Kohlenstoffdioxid gehalten;
vorher wird demonstriert, dass eine Kerze ausgeht), Begriff Redoxreaktion
- Redoxreaktion von Kupferoxid mit Kohlenstoff: Erhitzen des Gemisch in
einem Reagenzglas, das dabei entstehenden Gas wird in eine Reagenzglas mit
Kalkwasser geleitet.
- evtl. Kohlenstoffmonoxid (Ameisensäure wird tropfenweise auf erwärmte
Schwefelsäure in einer Gasentwicklungsapparatur gegeben) und dessen Eigenschaften
(Brennbarkeit im Unterschied zu Kohlenstoffdioxid, Giftigkeit)
- Metallherstellung aus Erzen und Kohle, Hochofenprozess, Eisen und Stahl
14. Schwefel und Sauerstoff:
- Verbrennen von Schwefel in Sauerstoff
- Löslichkeit von Schwefeldioxid in Wasser (Schwefeldioxid-Springbrunnen)
- Bleichwirkung von Schwefeldioxid
- Schwefelige Säure, Schwefelsäure
- Eigenschaften von sauren Lösungen in Abgrenzung zu alkalischen Lösungen, Indikatoren (z.B. Rotkohlsaft, Lackmus), pH-Werte
- Schwefeln von Lebensmitteln
- Reaktion von schwefeliger Säure mit Kalkstein (Marmor)
- Gefahren durch Schwefeldioxid in der Luft
- Entschwefelung der Abgase von Kohlekraftwerken
15. Wasser und Wasserstoff:
- Verbrennen von einem Magnesiumband in Wasserdampf
- Reaktion von Zink mit Wasserdampf: In einem Reaktionsrohr befindet sich
ein Porzellanschiffchen mit Zinkpulver, das erhitzt wird. Über das erhitzte
Zinkpulver leitet man Wasserdampf. Das dabei entstehende Gas (Wasserstoff)
fängt man in Reagenzgläsern auf und macht die Knallgasprobe.
- Eigenschaften des Wasserstoffs: Dichte, Explosionsfähigkeit (Knallgasprobe)
- Zerlegung des Wassers durch Elektrolyse (Hofmann-Apparatur)
- Synthese von Wasser aus den Elementen: Wasserstoff wird verbrannt (Düse)
und das dabei entstehende Wasser in einem gekühlten Rundkolben aufgefangen
(Kondenswasser)
- Reduktion von Kupferoxid mit Wasserstoff: Überleiten von Wasserstoff
über erhitztes Kupferoxid in einem Reaktionsrohr
- Nachweis von Wasser bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Verbindungen (Paraffin,
Propan bzw. Butan) mit wasserfreiem Kupfersulfat: Hierzu werden die
Verbrennungsgase durch eine Kühlfalle gezogen (Wasserstrahlpumpe), in der
sich Kondenswasser sammelt.
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