Chemie-Unterricht DSW Jahresplanung 2007/08
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SCHULINTERNES CURRICULUM FÜR DAS FACH CHEMIE Grundlagen/Voraussetzungen: - Lehrplan Chemie für das Gymnasium und die Regelschule Thüringen, 1999, Vorkenntnisse und Fertigkeiten der Schüler aus dem Unterricht im Fach „Naturwissenschaften― an der DSW Klassen 4-6 Binnendifferenzierung zwischen gymnasialem und Realschul-Bildungsgang: - - - soweit nicht gesondert gekennzeichnet, enthalten beide Bildungsgänge die gleichen Themen- und Kompetenzbereiche, der gymnasiale Bildungsgang ist jedoch gegenüber dem Realschul-Bildungsgang grundsätzlich durch vertiefende und komplexere Betrachtungsweisen gekennzeichnet, um somit grundlegende Voraussetzungen für den Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe zu schaffen, die Inhalte des gymnasialen Bildungsganges sind außerdem durch eine größere Stoffvielfalt und stärkere quantitative Betrachtungen geprägt, der Realschul-Bildungsgang soll die wesentlichen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten an exemplarischen Beispielen vermitteln, sodass die notwendigen Grundlagen für eine beruflichen Ausbildung gelegt werden, die mit (G) gekennzeichneten Inhalte sind ausschließlich Themen des gymnasialen Bildungsganges, A) Sekundarstufe 1 Klasse 7 (eine Wochenstunde, epochaler Unterricht empfohlen) Ziele und Inhalte 1. Einführung: Chemie als Naturwissenschaft, Gegenstand, Bedeutung 2. Stoffe und Eigenschaften: Reinstoffe und Stoffgemische, Erkennen, Ordnen und Klassifizieren, auf Grund ihrer Eigenschaften (Metalle, Nichtmetalle), - Trennmethoden, - quantitative Stoffeigenschaften (G), - Teilchenmodell 3. Chemische Reaktionen: - - Beispiele aus der Praxis, Merkmale, Wortgleichungen, exo-, endotherme Reaktionen, Hinweis auf Reaktionsarten und weitere Stoffgruppen: Synthese, Analyse, Oxidation, Reduktion bzw. Säuren, Laugen (G) Kompetenzen Experimente, Untersuchen und Beschreiben, Sicherheitsregeln im Umgang mit Chemikalien und Gefahrstoffen sowie im Chemieunterricht, Arbeit mit dem Gasbrenner, Einführung in das Protokollieren unter Anleitung (G), Arbeiten und Erkenntnisgewinn mit Hilfe von Modellen Klasse 8 (zwei Wochenstunden) 1. Chemische Grundgesetze und Atombau Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atommodell: Kugel-, Kern-Hülle-, Schalenmodell, Erweiterung des Teilchenbegriffes: Proton, Kernladungszahl, Elektronen, Außenelektronen, - Neutron, Massenzahl, Energiestufen (G), - Elementbegriff 1.2 Atombau und PSE: - - Leistungen von MENDELEJEW und MEYER (G) - 1. - 20. Hauptgruppenelement, - Beziehungen zwischen Atombau und der Stellung im PSE, - Elementgruppen, - Oktettregel, stabile und instabile Elemente 1.3 Einführung in die chemische Zeichensprache: Elementsymbole, Interpretieren der Symbole 1.4 Molekülverbindungen: Vorkommen, Bedeutung, Eigenschaften, Teilchenaufbau, von einigen Vertretern (z.B.: Wasserstoff, Sauerstoff, Wasser, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid), - Begriffe: Molekül, Verbindung, - Formeln als chemische Zeichen für Moleküle, - Einführung: Wertigkeit der Atome, Aufstellen von einfachen Formeln (Oxide, Schwefelverbindungen) 1.5 Grundgesetze: - - Gesetz von der Erhaltung der Masse, - Gesetz der konstanten Proportionen (G) 1.6 Reaktionsgleichungen: Wortgleichung, Formeln/Symbole, Faktoren, Schrittfolge Bezug zur Stoff-, Energieumwandlung und der Teilchenumordnung 1.7 Atombindung/Elektronenpaarbindung: - Definition, bei ausgewählten Stoffen und Molekülen (z.B.: Chlor, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Kohlenstoffdioxid), - Formel in LEWIS-Schreibweise, - Zusammenhang chemische Bindung-TeilchenaufbauEigenschaften (G) 1.8 Masse- und Volumenberechnungen: - - - Mengengrößen in der Chemie: Masse, Volumen, Teilchenanzahl, Stoffmenge, molare Masse, AVOGADRO-Konstante, molares Volumen, Einfache Berechnungen, AVOGADRO-Gesetz (G) Vergleich von Modellvorstellungen zum Atombau entsprechend des Kenntnisstandes, Historische Bezüge zur Chemie, Untersuchen und Beschreiben von Eigenschaften, Experiment als Weg des Erkenntnisgewinns, Üben des Denkens in Modellen, Anwendung mathematischer Fertigkeiten im Chemieunterricht Übung und Festigung im Protokollieren von Versuchsergebnissen (G), 2. Redoxreaktionen I Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Oxidation und Reduktion: Beschreiben des Ablaufs chemischer Reaktionen - Verbrennen von Stoffen an der Luft und in reinem Sauerstoff, anhand von experimentellen - Entzünden von Feuer und Bekämpfen von Bränden, Untersuchungen und - Einfluss von Konzentration, Zerteilungsgrad, Durchmischung und Beobachtungen, Entzündungstemperatur Anwendung von Schritten der experimentellen Methode 2.2 Redoxreaktionen: (z.B. Reaktion von Kupfer(II)oxid mit Wasserstoff), (G) - Teilreaktionen, Sauerstoffübergang, Oxidations-, Interpretieren von Reduktionsmittel, Umkehrbarkeit, Redoxreihe der Metalle, Reaktionsgleichungen, - technisch wichtige Redoxreaktionen: Thermit-Verfahren (G), Bedeutung chemischHochofenprozess technischer Verfahren 3. Ionen und Ionenverbindungen Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Alkalimetalle (G) und Halogene: Elementeigenschaften, Vorkommen, Bedeutung, Zusammenhang Atombau und Stellung im PSE, chemische Bindung, - Vergleich der Elementgruppen, (G) - Reaktivität und Atombau, (G) - Nachweis durch Flammenfärbung (G) 3.2 Alkalihalogenide als Ionenverbindungen: - - Eigenschaften, Herstellung, Vorkommen, Verwendung, Struktur und Bindung: Ionengitter, -bindung, -verbindung, Formeln, Ionenbildung, Ionenschreibweise, Zusammenhang Verwendung-Eigenschaften-Struktur, Lösen von Ionenkristallen, Ionen in wässriger Lösung Vergleich Bindungsarten, Zusammenfassung: Klassifizieren von Stoffen/-gruppen (Elemente, Arten von Verbindungen) Experimentelle Fertigkeiten, Untersuchen von Eigenschaften, historische Bezüge, Begriff „chemische Bindung―, Protokollieren (G) Klasse 9 (zwei Wochenstunden) Thema 1: Chemische Bindungen Ziele und Inhalte 1.1 Atombindung und Ionenbindung: Wiederholung, Merkmale der Bindungsarten, Elektronegativität, Bezug zu Bindungen Bindungspolarität / Dipolmoleküle, bindende und nicht bindender Elektronenpaare, 1.2 Wasserstoffbrückenbindung: - - als Ursache für wichtige Eigenschaften des Wassers, Wasser als Lösungsmittel auf Grund des Dipolcharakters, Hydratation 1.3 Metallbindung: - Eigenschaften der Metalle: elektrische und Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit, Schmelzbarkeit, Metallgitter / Metallkristall, Zusammenhang Struktur-EigenschaftenVerwendung Kompetenzen weiterentwickeln der Fähigkeiten im Experimentieren und Aufstellen chemischer Gleichungen, arbeiten bei zunehmender Selbstständigkeit mit Modellvorstellungen, systematisieren, ökologische Fragestellungen, Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften an Beispielen Thema 2: Säuren- Basen - Salze Ziele und Inhalte 2.1 Darstellung und Untersuchung von sauren und alkalischen Lösungen: - Säuren und Basen in wässriger Lösung, - stoffliche und Teilchenvorgänge, Reaktionsschemata, Ionengleichungen, - Stoffmengen- und Volumenkonzentration (G), Herstellen von Lösungen unterschiedlicher Konzentration, - Umgang mit Säuren und Basen, - ARRHENIUS-Säure- und Base-Definition, allgemeine Gleichungen, stoffliche Ebene, - Indikatoren, Lackmus, Phenolphthalein, Unitest, - pH-Wert, Nachweis des Vorhandenseins von H+- und OH—Ionen, Zusammenhang Konzentration der H+, - starke und schwache Säuren, verschiedene pH-Werte, Funktion im Stoffwechsel, Wirksamkeit von Stoffen in Abhängigkeit vom pH-Wert 2.2 Neutralisation: - Durchführen einer Neutralisation, Neutralisationstitration (LE), - Stoffliche, Teilchenebene, energetischer Bereich, Reaktionsschemata, Ionenschreibweise - Bedeutung 2.3 Salzbildungsreaktionen: - - Salze: Entstehung bei Neutralisationsreaktionen, Bildung von Ionengittern und Ionenkristallen, weitere Salzbildungsreaktionen: Säure mit Metall, Metalloxid und Salz, Reaktionsschemata, Halogenide als Salze, Bau und Eigenschaften von Salzen, Bindung, wichtige Eigenschaften, Nachweis von Ionen in Salzen, Kohlenstoffdioxid, Chlorid-, Bromid-, Carbonat- und Sulfat-Ionen, Reaktionsschemata, Ionenschreibweise, (G) einfache Analysen mit zunehmender Selbstständigkeit bei Planung, Durchführung und Auswertung (G) Kompetenzen sicherer Umgang mit Gefahrstoffe, Erhöhung der Selbstständigkeit beim Planen, Durchführen und Auswerten von Experimenten quantitative Betrachtungen, Nachweisreagenzien, (G) wiederholen von Bindungen, Eigenschaften und Verwendung von Salzen, üben einzelner Schritte der experimentellen Methode (G), ökologische Gesichtspunkte Thema 3: Kohlenwasserstoffe Ziele und Inhalte 3.1 Erdöl und Erdgas als fossile Brennstoffe und Rohstoffe: Petrolchemie, historische Entwicklung, allgemeine Rohstoff- und Energiesituation - Erdölverarbeitung: Entschwefelung (G), Destillation und produkte, - Mineralöle und Vergaserkraftstoffe: Zusammensetzung, Eigenschaften, Verbrennung - vollständige und unvollständige Verbrennung (G), - Nutzung fossiler Brennstoffe, mögliche Folgen (u. a. Treibhauseffekt), Maßnahmen zur Verminderung der Belastung, Reaktionsgleichungen 3.2 Alkane als gesättigte Kohlenwasserstoffe: Kompetenzen - Begriff: Organische Chemie, historische und moderne Abgrenzung, organische Verbindungen, Element Kohlenstoff - Bindung in Alkanen, Molekülstruktur, homologe Reihe, - Eigenschaften, - Reaktionsverhalten in Abhängigkeit von der Molekülgröße, (G) - Biogas: Herstellung, Bedeutung - Isomerie, Anwendung der chemischen Symbolik, Nomenklatur, - Substitution mit Halogenen, Reaktionsgleichungen, - FCKW als Umweltgifte, Ersatz der umweltbelastende Stoffe, 3.3 Alkene und Alkine als ungesättigte Kohlenwasserstoffe: - Cracken von Erdöl, Reaktionsgleichungen Molekülstruktur, Mehrfachbindungen, ungesättigte Verbindungen, - Nomenklatur, - Eigenschaften, - Reaktionsverhalten in Abhängigkeit von der Molekülgröße, (G) - Addition, Definition, Untersuchung, Reaktionsgleichungen, Hydrierung und Dehydrierung - Nachweis der Mehrfachbindung mit Brom, - Polymerisation, Makromolekülbildung, Reaktionsgleichungen an Bsp. 3.4 Ringförmige Kohlenwasserstoffe: - - Strukturaufklärung, historischer Erkenntnisweg, physikalische Eigenschaften und Reaktionsverhalten Molekülstruktur von Benzol und Cyclohexan, KEKULÉ cancerogene Wirkung, verantwortungsvoller mit Gefahrstoffen Umgang, Suchen nach Ersatzstoffen erweitern der Kenntnisse über die Bindungsarten, Nutzung von Modellvorstellungen, Erklären von Widersprüche zwischen erwartetem und beobachtetem Reaktionsverhalten, Aspekte der Rohstoffund Energieversorgung sowie des Umweltschutzes, Sicherheit beim stöchiometrischen Rechnen (G) B) Gymnasiale Oberstufe 1. Einführungsphase: Klasse 10 (drei Wochenstunden) 1a) Obligatorischer Unterricht: Thema 1: Organische Stoffe mit funktionellen Gruppen Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 Alkohole: primäre Alkohole, wichtige Vertreter, Molekülstruktur, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe, Polarität, - Nomenklatur, - physikalische Eigenschaften und Molekülgröße - Reaktionsverhalten, Zusammenhänge zwischen funktioneller Gruppe und Eigenschaften sowie Molekülgröße, - Überblick: sekundäre, mehrwertige Alkohole - Ethanol: alkoholische Gärung, technische Herstellung, Reaktionsgleichungen Verwendung, physiologische Bedeutung, Suchtgefahr - Phenol: Eigenschaften, Vergleich zu anderen Alkanolen, Molekülstruktur, Acidität der Hydroxylgruppe, Phenolatbildung, Bedeutung, Umweltgift (G) 4.2 Aldehyde: - vertiefen der Kenntnisse zum Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und Reaktionsverhalten, selbstständiges Planen, Durchführen und Auszuwerten - Begriff, Stoffgruppe Molekülstruktur, Aldehydgruppe, Bindungsverhältnisse, experimenteller Nomenklatur, Darstellung, Reaktionsgleichungen, Untersuchungen, - Aldehyd-Nachweis: Reaktionsgleichungen (G), FEHLING-Probe, TOLLENS- sicherheitsbewusstes Probe, mit SCHIFF's Reagens, experimentelles und - Methanal: Eigenschaften und Verwendung, cancerogene Wirkung, kooperatives Arbeiten, - homologe Reihe der Alkanale Anfertigen von 4.3 Ketone: (G) Protokollen (G), Sicherheit beim Lösen als Oxidationsprodukte sekundärer Alkohole, Carbonylgruppe, Struktur, stöchiometrischer Verwendung, biologische Bedeutung, Aufgaben zur Massen4.4 Carbonsäuren: und - Eigenschaften und Reaktionsverhalten in Abhängigkeit von Molekülstruktur, Volumenberechnung wichtige Vertreter, Verwendung, (G), - Carboxylgruppe, Acidität, Ionengleichungen, Salzbildung (G), biologische - Nomenklatur an Beispielen (G), Sachverhalte, - Ethansäure (Essigsäure): Herstellung, Reaktionsgleichungen, Eigenschaften Alltagsbeobachtungen und Reaktionsverhalten, Bedeutung, und Umweltprobleme - Fettsäuren chemisch interpretieren 4.5 Esterbildung: - - Ausgangsstoffe, Reaktionsprodukte, unvollständiger Stoffumsatz, Umkehrbarkeit der Reaktion, Reaktionsgleichungen, Reaktionsart: Substitution, Verseifung, Vorkommen und Bedeutung der Ester 4.6 Organische Verbindungen mit mehreren funktionellen Gruppen: - Glycerol als mehrwertiger Alkohol, Molekülstruktur, Reaktionen Fette als Ester des Glycerols, Reaktion mit höheren Monocarbonsäuren, Nachweis der Mehrfachbindungen in Fetten, Bedeutung der Fette Aminosäuren: Molekülstruktur an Beispielen, Eigenschaften, Nomenklatur, Kondensationsreaktion Peptide als makromolekulare Stoffe, Vorkommen und Bedeutung in Lebewesen, Hydrolyse, Prozesse der Verdauung Kohlenhydrate: Bedeutung, Eigenschaften, Struktur, Einfach-, Zweifach- und Mehrfachzucker an Beispielen, Thema 2: Redoxreaktionen II Ziele und Inhalte 2.1 Redoxreaktionen von Hauptgruppenelementen: Redoxreaktionen als Reaktionen mit Elektronenübergang, Oxidationszahl als Modell, Teilreaktionen und Oxidationszahlenänderung, - Elektronenschreibweise 2.2 Elektronenübergänge bei chemischen Reaktionen: - - elektrochemische Reaktionen, Vorgänge beim Auflösen einer Elektrode, Elektrolyte, Leitfähigkeit von Ionenlösungen und Schmelzen, elektrochemische Fällung, edle/unedle Metalle, Redoxreihe, Voraussagen möglicher Reaktionen 2.3 Beispiele elektrochemischer Reaktionen: - elektrochemische Elemente, Vorgänge an den Elektroden, Nutzung als Energiequelle, elektrochemische Korrosion, Lokalelement, Korrosionsschutz Elektrolyse, Vorgänge an Elektroden, Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen, ökonomische und ökologischen Bedeutung Kompetenzen systematisieren von Kenntnissen auf höherem Niveau, auf unterschiedlichen, Beschreibungsmodelle auf Anspruchsebenen (OZ), Planen und Durchführen von Untersuchungen, Wechselwirkungen zwischen der Chemie und anderen Naturwissenschaften, (G) vervollkommnen von fachgerechtem Beschreiben und Analysieren, wechselseitigen Abhängigkeit zwischen chemischen Kenntnissen und sinnvoller technischer Anwendung, 1 b) fakultative Themen: Thema 3: Stickstoff und Stickstoffverbindungen Ziele und Inhalte 3.1 Stickstoff als Element der V. Hauptgruppe: - Atombau, Molekülbau, Stellung im PSE, Vorkommen, Eigenschaften, Darstellung, Herstellung, Bedeutung, Kompetenzen Planung und Durchführung von Experimenten, 3.2 Ammoniak und Ammoniumverbindungen: Ammoniak: Molekülbau, Eigenschaften, Darstellung, Nachweis, Anwenden der Valenzstrichformeln, - Ammoniaksynthese: HABER und BOSCH-Verfahren, Reaktor, Reaktionsbedingungen, Katalysator, technische Prinzipien, historische Bezüge, - chemisches Gleichgewicht, Prinzip vom kleinsten Zwang, Bildung und Zerfall von Ammoniak, Voraussagen von günstigen Reaktionsbedingungen, quantitative Zusammenhänge, (G) - Ammoniumionen: Reaktion mit Protonenübergang, Umkehrung, Ionenschreibweise mit Valenzstrichformeln, Nachweis von Ammoniumionen - Ammoniumverbindungen: als Ionensubstanzen, Verwendung, Herstellung, 3.3 Stickstoffoxide und Salpetersäure: - - - Formeln, Eigenschaften von Stickstoffmonooxid und Stickstoffdioxid, Bestimmen der Oxidationszahlen, Bildung von Stickstoffoxiden in Verbrennungsmotoren, und Heizkraftwerken, sowie bei Gewittern, Stickstoffoxide als Luftschadstoffe, Umweltschutzmaßnahmen, Salpetersäure: OSTWALD-Verfahren, Reaktionsart mit Oxidationszahlen, technische Durchführung 3.4 Stickstoffkreislauf: - - Überblick über natürliche Stickstoffverbindungen (Stickstoff, Ammoniak, Ammoniumverbindungen, Nitrate, Harnstoff, Aminosäuren, Eiweiße), Bildung und den Abbau von Stickstoffverbindungen durch Organismen in Nahrungsketten, organische und mineralische Düngung Übersicht über den Kreislauf des Stickstoffs in der Natur, Einwirkung des Menschen Beschreiben und Interpretieren von Experimentalbefunden, Aspekte technischer Synthesen, anwenden von Kenntnissen über den Atom- und Molekülbau, die Redoxtheorie und des Säure-Base-Konzeptes, Systematisierung von Zusammenhänge zu chemischen Phänomene mit Hilfe von Gesetzen und Theorien, Schaffung von Grundlagen für die Behandlung weiterer chemisch-technischer Synthesen und biochemischer Prozesse im Kursunterricht (G), Umwelt-, Lebens- und Anwendungsbezug der Chemie Thema 4: Systematisierung und Praktikum Ziele und Inhalte 4.1 Struktur und Eigenschaften von Stoffen: Kompetenzen Lösen komplexer Aufgabenstellungen, (G) - Untersuchen von Stoffeigenschaften: Oberflächenbeschaffenheit, Selbsttätigkeit, Löslichkeit in Wasser, elektrische Leitfähigkeit der Stoffe und Systematisieren, ihrer Lösungen, Verhalten beim Erhitzen, Brennbarkeit Festigung der chemischen + 2+ 2+ + - Nachweis von Ionen: H3O , OH , Ca / Ba , Ag , Cl / Br / I , Zeichensprache, 22+ SO4 , CO3 , NH4 , (G) suchen eigener - Berechnungen zu quantitativen Umsätzen (G) Experimentieraufgaben und - Vergleich von Reaktionen organischer Stoffe: Strukturmerkmale, überprüfen, Reaktionsgleichungen, Valenzstrichformeln, Verantwortungsbewusstsein 4.2 Reaktionsarten: und Bereitschaft zur Zusammenarbeit, - Redoxreaktionen / Säure-Base-Reaktionen, Eigenverantwortlichkeit beim - Teilreaktionen, Umkehrbarkeit, Auswerten, - Neutralisation, Interpretation von - Substitution: Bildung und Zerfall eines Esters, Ergebnissen im - Addition und Eliminierung 4.3 Verlauf chemischer Reaktionen: - zeitlicher Verlauf, Einfluss des Zerkleinerungsgrades, der Konzentration, der Temperatur und eines Katalysators Teilchenbereich, selbstständiges Durchführen quantitativer Experimente (G) Üben von Beobachten und Protokollieren, Diskussion von Gruppenergebnisse 2. Qualifikationsphase: 2.1 Grundfach 2.1.1 Klasse 11 (drei Wochenstunden) Thema 1: Atombau, Eigenschaften und Reaktionen von Nebengruppenelementen und deren Verbindungen Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atombau der Haupt- und Nebengruppenelemente: - historische Entwicklung des Atommodells, - Elektronenbesetzung der Haupt- und Unterniveaus bei Hauptgruppenelementen, Elektronenkonfiguration, - Besetzung der d-Niveaus bei Nebengruppenelementen, 4. Periode des PSE, - stabile Oxidationszahlen und Verbindungen 1.2 Chemische Bindungen in Haupt- und Nebengruppenelementen und deren historische Betrachtungen zu Atommodellen unter entsprechenden philosophischen und technischen Bedingungen, Festigung experimenteller Fertigkeiten, Protokollieren und Deuten von Beobachtungen, Aufstellen von Hypothesen, Verbindungen: - Wiederholung der Anwendung der Valenzstrichformeln bei Hauptgruppenelementen und deren Verbindungen, Metallbindung bei Nebengruppenelementen, einige Kristallformen und mögliche Legierungen (Bronze, Messing, Stahl), Oxid- und Salzformeln von Nebengruppenelementverbindungen, Systematisierung zur chemischen Bindung 1.3 Redoxreaktionen ausgewählter Nebengruppenelemente: - korrespondierende Redoxpaare, Reaktionsbedingungen: pH-Wert, Temperatur, sich bildende Oxidationsstufen, Nachweise: Mn2+ über Oxidation, MnO4- über Reduktion, Cl2 mit IodidStärkepapier, Wirtschaftliche Bedeutung einiger Nebengruppenelemente, Verwendung der Metalle nach ihren Eigenschaften und Reaktionen, Verwendung als Werkstoffe, Umweltbelastung durch Schwermetallverbindungen, Wirkung von auf biologische Systeme, Abwasserreinigung durch Fällungs- und Redoxreaktionen quantitative Auswertung experimenteller Ergebnisse 1.4 Quantitative Umsätze bei Redoxreaktionen: Redoxtitrationen (Demonstration) Thema 2: Koordinationschemische Verbindungen Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Bildung von Wasserkomplexen: Wiederholung: Lösen von Salzen in Wasser, Hydratation von Ionen in wässriger Lösung: Färbung der Nebengruppenelementsalze, Hydratation, Wasserkomplexe von Kupfer- und Eisensalzen, - Aufbau von Komplexen: Zentralteilchen, Ligand, Haftatom, 2.2 weitere Komplexverbindungen: - - Anwendung verschiedener Modellvorstellunge weitere Liganden, Gemeinsamkeiten von Liganden, Hinweis auf Neutral- und n, Chelatkomplexe, selbständiges Eigenschaften von Komplexen: Farbe, Veränderung der Löslichkeit und Planen, Leitfähigkeit bei Komplexbildung, Durchführen, chemische Bindung in Komplexen: elektrostatische Wechselwirkungen, Auswerten und koordinative (Atom)Bindung, Protokollieren Komplexstabilität in Abhängigkeit von der Oxidationsstufe des Zentralions und einer qualitativen der Art des Liganden, Analyse Nomenklatur von Komplexen, Struktur von Komplexen: räumlich in Abhängigkeit der Elektronenverteilung, Bedeutung von Komplexen: Nachweis von Metallionen (z. B.: Fe2+ , Fe3+ ,Cu2+ ), Hinweise auf Metallgewinnung, fotografischer Prozess (Schwarz-WeißFotografie), Hinweise auf Komplexe in biologischen Systemen (Hämoglobin, Chlorophyll) Thema 3: Zusammenhang von chemischer Bindung, Struktur und Eigenschaften bei ausgewählten Stoffen Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Bindungsverhältnisse und Strukturen in ausgewählten organischen Stoffen: Wiederholung und Systematisierung: Struktur und Bindung in Alkanen, Alkenen, Alkinen, cyclischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden, Carbonsäuren, Estern, Reaktionen, - Erweiterung auf Ether und Ketone - Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße (Naturstoffe): - Struktur: Grundbausteine, Fructose, Glucose, Maltose, Saccharose, Amylose, Amylopektin, und Cellulose, Proteine bis zur Tertiärstruktur, - Nachweise: Glucose, Stärke, Eiweiße, der C=C-Doppelbindung in Fettsäuren - Reaktionsarten: Bildung dieser Stoffe, entwickeln - der Gleichungen mit Valenzstrichformeln, - Bedeutung in biologischen Systemen 3.2 Synthetische Makromolekulare Stoffe: - - - Bildung: aus Monomeren durch Polymerisation, Polykondensation, und Polyaddition: Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Synthesekautschuk, Polyamid, Polyester und Polyurethane Struktur: chemische Bindung, intermolekulare Wechselwirkungen, Eigenschaften, Verwendungen 3.3 Tenside: - Begriff Tensid Herstellung einer Waschseife, Eigenschaften: Wirkung auf die Oberflächenspannung des Wassers, Adsorption, Waschmittel: Grundinhaltsstoffe, Wirkung Umweltschonender Umgang mit Waschmitteln Systematisierung von Stoffgruppen nach ausgewählten Zuordnungsprinzipie n und Modellen, Anwendung der experimentellen Methode Diskussion und Bearbeitung von ökologischen und Ernährungsproblem en auf der Grundlage von Erkenntnissen über natürliche Zusammenhänge Thema 4: Elektrochemie Ziele und Inhalte 4.1 elektrochemische Potentiale wässriger Lösungen: - - Kompetenzen Anwenden der Vorkenntnisse über den Atombau und die Wiederholung: Redoxpotential beim Auflösen einer Elektrode in Redoxreaktionen der einer Elektrolytlösung, Oxidationsstufen von Nebengruppenelementen, elektrochemische Spannungsreihe, edle Nebengruppenelemente und Erweitern durch spezifische und unedle Metalle quantitative Betrachtungen, Vorgänge an Elektrodenoberflächen (elektrochemische Möglichkeiten der aktuellen Doppelschicht), verkürzte Ionengleichungen, Energiegewinnung und Berechnungen zur elektrochemischen Fällung diskutieren von Alternativen, Elektrodenpotenzial, Standardpotenzial, Umweltrelevanz Hinweis auf elektrochemische Potenziale an Nervenzellen 4.2 Elektrochemische Elemente: Elektrolyte (Begriffserweiterung), Stromleitung in Elektrolyten, galvanische Elemente: Aufbau, Anode/Katode, Elektrodenreaktionen - Berechnung der Zellspannung unter Standardbedingungen, - praktisch genutzte galvanische Elemente: z.B. Zink/Kohle-Element (Alkali-Mangan-Batterie), Bleiakku, - Recyclingprobleme, - Elektrochemische Korrosion: durch Sauerstoff und Säuren, Bedingungen, Lokalelement am Eisen - Korrosionsschutz, Maßnahmen und wirtschaftliche Bedeutung 4.3 Elektrolyse: - wiederaufladbarer elektrochemischer Elemente und Erkenntnisgewinn durch Modell-Experimente Elektrolyse des Wassers und bei Salzlösungen, Abscheidungen nach der elektrochemischen Spannungsreihe, - Zersetzungsspannung von Elektrolyten, - Hinweis auf Überspannungseffekte 4.4 Gesetze von FARADAY: - Berechnung von Abscheidungs- und Strommengen 4.5 wirtschaftliche Bedeutung von Elektrolysen: z.B. Galvanisieren, Kupferraffination Aluminiumgewinnung, ChlorAlkali-Elektrolyse 2.1.2 Grundfach Klasse 12 (drei Wochenstunden) Thema 1: Chemisches Gleichgewicht (GGW) und Massenwirkungsgesetz (MWG) Ziele und Inhalte 1.1 Reaktionsgeschwindigkeit: - Abhängigkeit von Reaktionsbedingungen: Temperatur, Konzentration, Katalysator Geschwindigkeitsgleichungen, Geschwindigkeitskonstanten Reaktionsordnung: Schwerpunkt: erste Ordnung Hinweis auf Reaktionen höherer Ordnung Kompetenzen Experimente zur Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse, Modellexperimente zum chemischen Gleichgewicht, kinetische Interpretation von 1.2 Massenwirkungsgesetz: - - Einstellung und Merkmale des chemischen Gleichgewichtes, umkehrbare Reaktionen Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts nach LE CHATELIER kinetische Herleitung des Massenwirkungsgesetzes aus Geschwindigkeitsgleichungen, Gleichgewichtskonstante (Kc ), Berechnungen mit Stöchiometriedifferenz gleich Null Anwendung des MWG auf Gasgleichgewichte (Kp ), Hinweis auf Zusammenhang zwischen Kc und Kp GGW, Betrachtung bereits bekannte Sachverhalte unter gleichgewichtschemischen Gesichtspunkten, Verknüpfung verschiedener Themen, Nutzen mathematischer Kenntnisse, Einblick in chemischtechnische Synthesen Thema 2: Säure-Base-Gleichgewichte in wässriger Lösung Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Autoprotolyse des Wassers: mathematische Erfassung des Wassergleichgewichtes, Anwendung des MWG, Ionenprodukt des Wassers, - weitere Autoprotolysen 2.2 BRÖNSTED-Theorie: - saure und alkalische Lösungen als Gleichgewichtssysteme, Erweitern der - Erweiterung der Säure-Base-Theorie, BRÖNSTED-Säuren und –basen, Fähigkeiten - korrespondierende Säure-Base-Paare, Ampholyte, stöchiometrische - Säure- und Base-Konstanten, Zusammenhänge zu - quantitative Betrachtung der Säure- und Base-Stärken erkennen, Durchführung einer 2.3 Der pH-Wert: Maßanalyse und - Definition des pH-Wertes (mathematisch), pH-Wert-Bestimmungen, überprüfen der - pH-Berechnungen von Lösungen starker Säuren und Basen Ergebnisse, 2.4 weitere Protolyse-Gleichgewichte Lösungen zur Beseitigung von - Puffergleichgewichte: experimentelle Darstellung von Pufferlösungen, - Wirkung von Puffern, Hinweis zur Bedeutung von Puffern in biologischen Umweltgiften Experimente zu SäureSystemen, Base-Reaktionen - Indikatorgleichgewichte, Indikatorfärbung als Protolysegleichgewicht - Neutralisation: Durchführung von Säure-Base-Titrationen mit Farbindikation, Berechnung der Konzentrationen einer Probelösungen Thema 3: Löslichkeitsgleichgewichte Ziele und Inhalte Kompetenzen - Definition des Löslichkeitsgleichgewichtes, Verhalten schwerlöslicher Salze in wässriger Lösung qualitative Fällungsnachweise, für Chlorid-, Bromid-, Iodid-, Carbonat-, SulfatIonen, Löslichkeitsprodukt, Berechnung von Löslichkeiten aus mit Stöchiometrieverhältnis 1:1 Veränderung der Löslichkeit: durch gleichionige Zusätze, Komplexbildung, Berechnungen Demonstration einer fraktionierten Fällung praktische Bedeutung: Reinigung von Gewässern, Wasserhärte, Wasserenthärtung Qualitative und quantitative Betrachtungen, analytische Experimente sowie Berechnungen Thema 4: Thermochemie Ziele und Inhalte 4.1 Das System chemische Reaktion: Kompetenzen bekannte chemische Reaktionen unter offene, geschlossene und abgeschlossene Systeme energetischem Aspekt, 4.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Thermochemie als statistische - Definition, Wissenschaft mit - Energie, Enthalpie: Volumenarbeit, Reaktionsenergie und eingeschränktem Reaktionsenthalpie, - Entropie als Maß für den Ordnungszustand eines Systems und als Mittel Gültigkeitsbereich, Rückkopplung zum zur Einschätzung thermodynamischer Stabilitäten chemischen 4.3 Kalorimetrie: Gleichgewicht unter - Begriff: Bildungsenthalpie, Berechnungen, experimentelle Ermittlung, thermodynamischen - Verbrennungsenthalpie, Neutralisationsenthalpie, und Löseenthalpie Aspekten, durch Kalorimetrie, experimentelle - Zusammenhang von Löseenthalpie, Hydratationsenthalpie, und Bestimmung des Gitterenthalpie, Berechnungen, Energieumsatzes bei - Heizwerte, chemischen - Probleme der Nutzung fossiler Brennstoffe und Alternativen der Reaktionen, Energiegewinnung quantitative Betrachtungen zur 4.4 Satz von HESS: Energieumwandlung Definition, Berechnung von Reaktionsenthalpien, aus Bildungsenthalpien chemischer Reaktionen 2.2 Leistungsfach 2.2.1 Klasse 11 (fünf Wochenstunden) Wahlmöglichkeiten: Variante1 Variante 2 Variante 3 11 Thema 1 LF + Thema 6 11 Thema 2 GF 11 Thema 3 GF 11 Thema 1 LF 11 Thema 1 LF 11 Thema 2 LF 11 Thema 3 GF 11 Thema 4 LF 11 Thema 4 LF 11 Thema 2 GF 11 Thema 3 LF + Thema 5 11 Thema 4 LF Thema 1: Atombau, Eigenschaften und Reaktionen von Nebengruppenelementen und deren Verbindungen Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atombau der Haupt- und Nebengruppenelemente: historische Entwicklung des Atommodells, Elektronenbesetzung der Haupt- und Unterniveaus bei Hauptgruppenelementen, Elektronenkonfiguration, - Besetzung der d-Niveaus bei Nebengruppenelementen, 4. Periode des PSE, - stabile Oxidationszahlen und Verbindungen - Grundlagen der Orbitaltheorie, - Welle/Teilchen/Dualismus, Aufenthaltsräume der Elektronen als mathematische Funktionen der SCHRÖDINGER-Gleichung - Quantenzahlen, stabile Elektronenschalen, - HUND'sche Regel, PAULI-Prinzip, Elektronenspins, - Hybridorbitale, - Ionisierungsenergien 1.2 Chemische Bindungen in Haupt- und Nebengruppenelementen und deren - Verbindungen: - Wiederholung der Anwendung der Valenzstrichformeln bei Hauptgruppenelementen und deren Verbindungen, -Bindungen, Valenzbondmethode, Metallbindung bei Nebengruppenelementen, einige Kristallformen und mögliche Legierungen (Bronze, Messing, Stahl), Oxid- und Salzformeln von Nebengruppenelementverbindungen, Systematisierung zur chemischen Bindung 1.3 Redoxreaktionen ausgewählter Nebengruppenelemente: - korrespondierende Redoxpaare, Reaktionsbedingungen: pH-Wert, Temperatur, sich bildende Oxidationsstufen, Nachweise: Mn2+ über Oxidation, MnO4- über Reduktion, Cl2 mit IodidStärkepapier, Wirtschaftliche Bedeutung einiger Nebengruppenelemente, Verwendung der Metalle nach ihren Eigenschaften und Reaktionen, Verwendung als Werkstoffe, Umweltbelastung durch Schwermetallverbindungen, Wirkung von auf biologische Systeme, Abwasserreinigung durch Fällungs- und Redoxreaktionen Historische Betrachtungen zu Atommodellen unter entsprechenden philosophischen und technischen Bedingungen, Qualitätssprungs von der klassischen zur modernen Physik, Festigung experimenteller Fertigkeiten, Protokollieren und Deuten von Beobachtungen, Aufstellen von Hypothesen, quantitative Auswertung experimenteller Ergebnisse 1.4 Quantitative Umsätze bei Redoxreaktionen: Redoxtitrationen Thema 2: Koordinationschemische Verbindungen Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Bildung von Wasserkomplexen: Wiederholung: Lösen von Salzen in Wasser, Hydratation von Ionen in wässriger Lösung: Färbung der Nebengruppenelementsalze, Hydratation, Wasserkomplexe von Kupferund Eisensalzen, - Aufbau von Komplexen: Zentralteilchen, Ligand, Haftatom, 2.2 weitere Komplexverbindungen: - - - - weitere Liganden, Gemeinsamkeiten von Liganden, Neutral- und Chelatkomplexe, Eigenschaften von Komplexen: Farbe, Veränderung der Löslichkeit und Leitfähigkeit bei Komplexbildung, Ligandenverdrängung chemische Bindung in Komplexen: elektrostatische Wechselwirkungen, koordinative (Atom)Bindung, Grundlagen der Ligandenfeldtheorie Komplexstabilität in Abhängigkeit von der Oxidationsstufe des Zentralions und der Art des Liganden, Nomenklatur von Komplexen, Struktur von Komplexen: räumlich in Abhängigkeit der Elektronenverteilung, Magnetismus in Komplexen, High- und Low-SpinKomplexe Bedeutung von Komplexen: Nachweis von Metallionen (z. B.: Fe2+ , Fe3+ , Cu2+ ), Metallgewinnung, technische, Katalysen fotografischer Prozess (Schwarz-Weiß-Fotografie), Komplexe in biologischen Systemen (Hämoglobin, Chlorophyll), Ionenanalysen und Auswertung, Komplexometrie – Komplextitration, quantitative Bestimmungen Anwendung verschiedener Modellvorstellungen, selbständiges Planen, Durchführen, Auswerten und Protokollieren qualitativer und quantitativer Analysen Thema 3: Zusammenhang von chemischer Bindung, Struktur und Eigenschaften bei ausgewählten Stoffen Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Bindungsverhältnisse und Strukturen in ausgewählten organischen Stoffen: Elementaranalyse, historische Betrachtung Ermittlung der Verhältnisformel, Molmassebestimmung und Summenformel, C-H-OAnalyse, - Strukturaufklärung: chemische und physikalische Methoden, Ermittlung funktioneller Gruppen, - Wiederholung und Systematisierung: Struktur und Bindung in Alkanen, Alkenen, Alkinen, cyclischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden, Carbonsäuren, Estern, Reaktionen, - Erweiterung auf Ether und Ketone - Reaktionsmechanismen: radikalischer und ionischer Reaktionsmechanismen, 3.2 Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate: - Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße (Naturstoffe): Struktur: Grundbausteine, Fructose, Glucose, Maltose, Saccharose, Amylose, Amylopektin, und Cellulose, Proteine bis zur Tertiärstruktur, Konstitutionsisomerie, Stereoisomerie, - Nachweise: Glucose, Stärke, Eiweiße, der C=C-Doppelbindung in Fettsäuren - Reaktionsarten: Bildung dieser Stoffe, Reaktionsleichungen mit Valenzstrichformeln, - Bedeutung in biologischen Systemen 3.3 Synthetische Makromolekulare Stoffe: - Bildung: aus Monomeren durch Polymerisation, Polykondensation, und Polyaddition: Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Synthesekautschuk, Polyamid, Polyester und Polyurethane, Mischkunststoffe, - Reaktionsmechanismen, - Struktur: chemische Bindung, intermolekulare Wechselwirkungen, - Eigenschaften, Verwendungen, - anorganische Makromolekulare Stoffe: Silikate, Glas, moderne Werkstoffe 3.4 Farbstoffe: - - Entstehung von Farben, Modellvorstellung vom Licht, Absorptions- und Emissionsspektren, Elektronenanordnungen organischer Farbstoffen, chromophore Gruppen, Mesomerie, Elektronengasmodell, konjugierte πElektronensysteme, Molekülorbitalmodells (MO-Schema), Abhängigkeit der Farbe von funktionellen Gruppen und dem pH-Wert pH-Farbindikatoren, Farbstoffklassen: Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe, Farbstoffe in Lebensmitteln, gesundheitlich bedenkliche und unbedenkliche Farbstoffe analytische Untersuchungsmethode n, Systematisierung von Stoffgruppen nach ausgewählten Zuordnungsprinzipien und Modellen, Anwendung der experimentellen Methode, Erweiterung der Kenntnisse zu Strukturen und chemischen Reaktionsmechanismen , Diskussion und Bearbeitung von ökologischen und Ernährungsproblemen auf der Grundlage natürlicher Zusammenhänge 3.5 Tenside: - Begriff Tensid Herstellung einer Waschseife, Eigenschaften: Wirkung auf die Oberflächenspannung des Wassers, Adsorption, Tensidklassen, Waschmittel: Grundinhaltsstoffe, Wirkung Umweltschonender Umgang mit Waschmitteln Thema 4: Elektrochemie Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 elektrochemische Potentiale wässriger Lösungen: Wiederholung: Redoxpotential beim Auflösen einer Elektrode in einer Elektrolytlösung, Oxidationsstufen von Nebengruppenelementen, elektrochemische Spannungsreihe, edle und unedle Metalle - Vorgänge an Elektrodenoberflächen (elektrochemische Doppelschicht), verkürzte Ionengleichungen, - Berechnungen zur elektrochemischen Fällung - Elektrodenpotenzial, Standardpotenzial, - NERNST-Gleichung Temperatur- und Konzentrationselemente, - pH-abhängige Redoxreaktionen: halbquantitative Betrachtung - Hinweis auf elektrochemische Potenziale an Nervenzellen 4.2 Elektrochemische Elemente: - Elektrolyte (Begriffserweiterung), Stromleitung in Elektrolyten, galvanische Elemente: Aufbau, Anode/Katode, Elektrodenreaktionen Berechnung der Zellspannung unter Standardbedingungen, praktisch genutzte galvanische Elemente: z.B. Zink/Kohle-Element (Alkali-Mangan-Batterie), Bleiakku, - Recyclingprobleme, - Elektrochemische Korrosion: durch Sauerstoff und Säuren, Bedingungen, Lokalelement am Eisen, pH-Einfluss - Korrosionsschutz, Maßnahmen und wirtschaftliche Bedeutung 4.3 Elektrolyse: - - Elektrolyse des Wassers und bei Salzlösungen, Abscheidungen nach der elektrochemischen Spannungsreihe, pH-Einfluss, Zersetzungsspannung von Elektrolyten, Hinweis auf Überspannungseffekte, Gesetze von FARADAY: Berechnung von Abscheidungs- und Strommengen, wirtschaftliche Bedeutung von Elektrolysen: Galvanisieren, Kupferraffination Aluminiumgewinnung, Chlor-Alkali-Elektrolyse Anwenden der Vorkenntnisse und Erweitern durch quantitative Betrachtungen, Möglichkeiten der aktuellen Energiegewinnung und diskutieren von Alternativen, Umweltrelevanz wiederaufladbarer elektrochemischer Elemente, Erkenntnisgewinn durch Modell-Experimente, Grundlagen für Behandlung quantitativer Betrachtung in der Thermochemie in Klasse 12 Thema 5: Biochemie Ziele und Inhalte Kompetenzen 5.1 Wirkstoffe: 5.1.1: Enzyme: - chemischer Aufbau, - molekularer Wirkungsmechanismus, katalytische Wirkung, Enzymkatalyse, Enzymeinheit, molekulare Aktivität, - Wirkungsspezifik und Substratspezifik, - Nomenklatur, - Abhängigkeit der Enzymaktivität: Temperatur, pH-Wert, Substratsättigungskurve, MICHAELIS-Konstante, - isosterische und allosterische Hemmung, - Cofaktoren: elektronen-, wasserstoff- und gruppenübertragende Enzyme, Bedeutung 5.1.2 Hormone und Vitamine: - Hormone: chemischer Aufbau, Wirkungsspezifität von Hormonen, Bedeutung (z.B. Adrenalin, Insulin und Glucagon) - Vitamine: Überblick, Wirksamkeit am ausgewählten Beispiel (z. B.: Vitamin C, Thiamin), Beschreiben des Zusammenhangs zu Enzymen 5.1.3 Nukleinsäuren und Nucleotide: DNA, RNA, AMP, GMP, CMP, UMP, Begriffsbestimmung, Raumstruktur 5.2 Stoff- und Energiewechsel der Zelle 5.2.1 Dissimilation: - Abbau von Glucose: Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, CitratCyclus, Endoxidation, ATP/ADP-System, Multienzymkomplexe, Abspaltung von Kohlenstoffdioxid und Bildung von NADH/H+ und FADH2 , energetisches System, Brenztraubensäure, Potentialdifferenz bei der Atmungskette, - Abbau von Fetten und Eiweißen, Energiebilanz bei Neutralfett, - Wechselbeziehungen beim Abbau der Hauptnährstoffe 5.2.2 Assimilation: - Photosynthese: Licht- und Dunkelreaktion, Lichtabsorption durch Chlorophyll, Zusammenhang von Energie- und Substratumwandlung, Elektronentransport - Chemosynthese, Stickstoffassimilation, Biosynthese von Fettsäuren, Donator-/Akzeptorprinzip 5.2.3 Proteinbiosynthese: - Biochemie der DNA-Replikation, Ribonucleinsäuren, Genetischer Code, Transkription, Translation, der Regulation der Proteinsynthese, moderne Nutzung Übertragen Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik auf biochemische Reaktionen, Erkenntnis mit Hilfe von Modellvorstellungen, Gliederung des Stoffwechsels in Teilprozesse und Kreisprozesse, experimentelle Untersuchungen Thema 6: Kernchemie Ziele und Inhalte Kompetenzen 6.1 Der Atomkern: Bau des Atomkerns, Nucleonen, Kernkräfte, Masse, Massendefekt, EINSTEIN-Gleichung, Zusammenhang von Masse und Energie, radioaktive Isotope, Massenspektroskopie, Grundlagen, Trennung von Isotopen, Molekülspektroskopie mit eingebauten Isotopen, 6.2 Radioaktivität: - radioaktive Elemente, natürliche, Verbindungen und Gemische, historische Entdeckungen (BEQUEREL, RUTHERFORD, CURIE, HAHN, MEITNER), - radioaktive Strahl IGERZähler, Maßeinheiten, Verbindung der - Wirkung: chemisch, biologisch, Reaktionsgleichungen, Zusammenhang Wissenschaften Radioaktivität-Mutation-Entstehung neuer Arten Chemie, Physik und 6.3 Der radioaktive Zerfall: Biologie, - wichtige Zerfallsreihen: Uran, natürliche Vorkommen, Aufklärung und - Zerfallsgesetz, Halbwertszeit, Zerfallskonstanten, Berechnungen, Nutzung elementarer - Zusammenhang radioaktiver Zerfall-Entstehung der Elemente, Gesetzmäßigkeiten, - Altersbestimmung von Fossilien: Carbon-Zerfalls-Reihe Vorteile und Risiken 6.4 Künstliche radioaktive Prozesse: bei der Nutzung der Kernenergie - Kernspaltung, Kernumwandlung, RUTHERFORD-Stickstoff-Versuch, - - künstliche Elemente, Kettenreaktion im Reaktor, kritische Massen, Funktion und Wirkung einer Atombombe, historische Betrachtungen, Kernfusion, typische Fusionsreaktionen, Kernfusionsreaktionen, in der Sonne, Kenntnis von der Wasserstoffbombe 6.5 Nutzung der Kernenergie: - - Funktionsweise Kernspaltungsreaktoren, Arten von Kernreaktoren (Leichtwasserreaktor, Hochtemperaturreaktor, schneller Brutreaktor), Reaktorsicherheit, Entsorgungsprobleme radioaktiver Materialien, derzeitige Energiebilanzprobleme beim Fusionsreaktor 2.2.2 Leistungsfach Klasse 12 (fünf Wochenstunden) Thema 1: Chemisches Gleichgewicht (GGW) und Massenwirkungsgesetz (MWG) Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Reaktionsgeschwindigkeit: Abhängigkeit von Reaktionsbedingungen: Temperatur, Konzentration, Katalysator - Geschwindigkeitsgleichungen, Geschwindigkeitskonstanten - Reaktionsordnung: Schwerpunkt: erste Ordnung Hinweis auf Reaktionen höherer Ordnung, - Aktivierungsenergie, ARRHENIUS-Gleichung, Aktivierungsenergiekurven im Diagramm ln k nach 1/T, Reaktionswärme als Differenz der Aktivierungsenergien 1.2 Massenwirkungsgesetz: - - - Einstellung und Merkmale des chemischen Gleichgewichtes, umkehrbare Reaktionen Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts nach LE CHATELIER kinetische Herleitung des Massenwirkungsgesetzes, Gleichgewichtskonstante (Kc , Kp ), Berechnungen mit Stöchiometriedifferenz gleich Null Anwendung des MWG auf Gasgleichgewichte, Umrechnung von Kc in Kp bei Stöchiometriedifferenz ungleich Null Experimente zur Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse, Modellexperimente zum chemischen Gleichgewicht, kinetische Interpretation von GGW, Betrachtung bereits bekannter Sachverhalte unter gleichgewichtschemischen Gesichtspunkten, Verknüpfung verschiedener Themen, Nutzen mathematischer Kenntnisse, Einblick in chemischtechnische Synthesen Thema 2: Säure-Base-Gleichgewichte in wässriger Lösung Ziele und Inhalte 2.1 Autoprotolyse des Wassers: mathematische Erfassung des Wassergleichgewichtes, Anwendung des MWG, Ionenprodukt des Wassers, - weitere Autoprotolysen 2.2 BRÖNSTED-Theorie: - - - Erweiterung der Säure-Base-Theorie, BRÖNSTED-Säuren und –basen, korrespondierende Säure-Base-Paare, Ampholyte, Säure- und Base-Konstanten, quantitative Betrachtungen, quantitative Betrachtung der Säure- und Base-Stärken, pH-Wert: Definition des pH-Wertes (mathematisch), pH-WertBestimmungen, pH- und Konzentrations-Berechnungen von Lösungen starker und schwacher Säuren und Basen, pH-Wert und NERNST-Gleichung zur Potentialberechung Kompetenzen saure und alkalische Lösungen als Gleichgewichtssysteme, stöchiometrische Zusammenhänge, Durchführung einer Maßanalyse und überprüfen der Ergebnisse, Lösungen zur, quantitative Erfassungen, Beseitigung von Umweltgiften 2.3 weitere Protolyse-Gleichgewichte: Puffergleichgewichte: experimentelle Darstellung von Pufferlösungen, Wirkung von Puffern, Bedeutung in biologischen Systemen, pHBerechnungen, Pufferkapazität, - Indikatorgleichgewichte, Indikatorfärbung als Protolysegleichgewicht - Neutralisation: Durchführung von Säure-Base-Titrationen mit Farbindikation, Berechnung der Konzentrationen einer Probelösungen, - Elektrochemische Indikation bei Titrationen: Konduktometrie, Potentiometrie, Auswertung, Berechnungen 2.4 LEWIS-Theorie: - - Experimente zu SäureBase-Reaktionen, Verknüpfungen verschiedener Themen vorgenommen LEWIS-Säuren und –Basen, Verbindung von Redoxtheorie und Säure-Base-Theorie, Komplexe als Säure-Base-Komplexe, Anwendung Thema 3: Löslichkeitsgleichgewichte Ziele und Inhalte - - Definition des Löslichkeitsgleichgewichtes, Verhalten schwerlöslicher Salze in wässriger Lösung, qualitative Fällungsnachweise, für Chlorid-, Bromid-, Iodid-, Carbonat-, Sulfat-Ionen, Wasserhärte, MWG: Löslichkeitsprodukt, Berechnung von Löslichkeiten aus mit Stöchiometrieverhältnis 1:1, Veränderung der Löslichkeit: durch gleichionige Zusätze, Komplexbildung, Berechnungen, Waschverluste, Demonstration einer fraktionierten Fällung praktische Bedeutung: Reinigung von Gewässern, Wasserhärte, Wasserenthärtung Kompetenzen Qualitative und quantitative Betrachtungen, analytische Experimente sowie Berechnungen, Verbindung zur Ionenanalyse und Komplexchemie Thema 4: Thermochemie Ziele und Inhalte 4.1 Das System chemische Reaktion: offene, geschlossene und abgeschlossene Systeme, Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Definition, Energie, Enthalpie: Volumenarbeit, Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie, Energiediagramme, Temperaturabhängigkeit, Berechnungen unter Standardbedingungen, allgemeine Gasgleichung, 4.2 Kalorimetrie: - Begriff: Bildungsenthalpie, Berechnungen, experimentelle Ermittlung: Verbrennungsenthalpie, Neutralisationsenthalpie, und Löseenthalpie, - Zusammenhang von Löseenthalpie, Hydratationsenthalpie, und Gitterenthalpie, Berechnungen, - Heizwerte, Probleme der Nutzung fossiler Brennstoffe und Alternativen der Energiegewinnung 4.3 Satz von HESS: - Definition, Berechnung von Reaktionsenthalpien, aus Bildungsenthalpien Kompetenzen bekannte chemische Reaktionen unter energetischem Aspekt, Thermochemie als statistische Wissenschaft mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich, Rückkopplung zum chemischen Gleichgewicht unter thermodynamischen Aspekten, experimentelle Bestimmung des Energieumsatzes bei chemischen 4.4 II. Hauptsatz der Thermodynamik: - - Reaktionen auch mit physikalischen Entropie als Maß für den Ordnungszustand eines Systems und als Mittel Methoden, zur Einschätzung thermodynamischer Stabilitäten, quantitative Berechnung von Reaktionsentropien aus Tabellenwerten, Betrachtungen zur freie Reaktionsenthalpie, GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung, Antrieb und Energieumwandlung Verlaufsrichtung chemischer Reaktionen, Abhängigkeit von der chemischer Temperatur, chemische Arbeit, Reaktionen halbquantitative Bestimmung und Berechnung der freien Reaktionsenthalpie, Bedeutung: Zusammenhang freie Reaktionsenthalpie-chemischeselektrochemisches Gleichgewicht, ΔRG = -z • F • ΔE , Enthalpieminimum und Entropiemaximum Potomac, 31.08.2008 Kai-Uwe Pößel, Fachleiter Chemie
