Examensentwurf2
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Studienseminar für Gymnasien Bensheim in Heppenheim StRef` N.N. Fächer: Biologie, Chemie Entwurf zur Examenslehrprobe im Fach Chemie Thema der Unterrichtseinheit: Einführung in die chemische Reaktion Thema der Stunde: Einführung in die Redoxreaktion: Gewinnung von Kupfer aus Kupferoxid Ausbildungsschule: Lerngruppe: 8b Datum: N.N. Zeit: 2. Stunde, 08.45 – 09.30 Uhr Raum: Chemie II Prüfungsvorsitzende: N.N. Schulleitung: N.N. Fachausbilder Biologie: N.N Fachausbilder Chemie: Herr Dr. Gräber Portfoliobeauftragter: N.N 1. Lerngruppenanalyse und Lernausgangslage Seit Beginn des Schuljahres unterrichte ich die Klasse 8b eigenverantwortlich in Chemie. Da ich die Klasse bereits im letzten Schuljahr in Biologie unterrichtet habe, habe ich die Schüler gut kennen gelernt. Die Klasse setzt sich aus 9 Schülerinnen und 16 Schülern zusammen.1 Die Schüler sind sehr kontaktfreudig und aufgeschlossen, was sich positiv auf das Klassenklima auswirkt. Auffallend ist, dass die Schüler donnerstags in der 6.Stunde sehr ausgelassen sind, was sich in der Lautstärke bemerkbar macht. So dauert es einige Zeit bis alle Schüler auf ihren Plätzen sitzen und die Privatgespräche einstellen. Um auch in diesen Stunden zielgerichtet und ertragreich arbeiten zu können, werden verstärkt problemorientierte Arbeitsweisen eingesetzt. Dabei ist die Motivation der Schüler hoch, Problemstellungen werden so selbstständig wie möglich gelöst. Da besonders Schülerexperimente diese Schüler motivieren und zum besseren Verständnis von Phänomenen des Alltags beitragen, wird auch in dieser Stunde dem Schülerexperiment der Vorzug gegeben (siehe methodische Entscheidungen). Die Klasse erweist sich als sehr interessiert am Fach Chemie und ist als leistungsstark einzustufen. Die allgemeine Beteiligung am Unterricht ist hoch, nicht eindeutige Beiträge werden von der Klasse kritisch hinterfragt und korrigiert. Auch die experimentellen Fähigkeiten sind bei beiden Geschlechtern als überwiegend gut einzustufen. Da sich jedoch einige Schüler beim Experimentieren nicht immer an die Sicherheitsbestimmungen gehalten haben, ist seither in jeder Gruppe ein Schüler für die Überwachung der Sicherheit zuständig. 2 Zu den leistungsstärksten Schülern zählen C., J. D., Ju. S., T., F. und M.. Diese Schüler beteiligen sich jede Stunde am Unterricht. Ihre Beiträge sind sehr treffend, gut begründet und fachsprachlich vorwiegend korrekt. Sie können ihre Überlegungen offen legen, sodass sie von ihren Mitschülern aufgegriffen werden können. Oft können sie die Fragen ihrer Mitschüler ausführlich beantworten und ihnen helfen, Zusammenhänge zu erkennen. Gelegentlich sind jedoch die Ausführungen von Clarissa sehr ausschweifend, sodass diese Beiträge nur durch wiederholtes Nachfragen von ihren Mitschülern nachvollzogen werden können. Auch R. und L. gehören zu den interessierten und guten Schülern. Beide begreifen neue Sachverhalte schnell, können Hypothesen aufstellen und zu ihrer Überprüfung beitragen. Jedoch haben beide ein sehr hohes Mitteilungsbedürfnis, was den Unterricht stören kann. Um dieses Mitteilungsbedürfnis zu kanalisieren, werden oft Gruppenarbeitsphasen (Experimente, 1 2 Im Folgenden wird von Schülern die Rede sein, die weibliche Form ist mit inbegriffen. Das Amt wird nach jedem Experiment weitergegeben 1 Auswertungen usw.) eingesetzt. Hierbei können sie ihre Kommunikationskompetenz auf fachlicher Ebene nutzen und erweitern. Zu den leistungsschwachen Schülern zählen C., V. M. und J.. Diese Schüler bringen sich selten freiwillig in das Unterrichtsgespräch ein. Nach Aufforderung gelingt es ihnen, einen Beitrag zu leisten, wenn reproduktive Fragen gestellt werden. Bei schriftlichen Hausaufgabenkontrollen wird deutlich, dass die Schüler bemüht sind, die Unterrichtsinhalte zu erlernen. Jedoch bereitet ihnen das Übertragen des gelernten Wissens auf neue Sachverhalte Probleme. Deshalb wird gelegentlich die Planung eines Experimentes oder seine Auswertung in eine Gruppenarbeit verlegt, bevor sie im LSG diskutiert wird. In der Gruppe können die Schüler durch den Austausch mit Mitschülern an Sicherheit gewinnen und die Reorganisation fällt ihnen leichter. Da dieses Vorgehen aus Zeitgründen nicht immer möglich ist, werden die Schüler besonders bei der Schilderung von Beobachtungen und den Hausaufgaben berücksichtigt. Diagnoseinstrument noch genauer benennen, DFB-Ansätze aus den Modulen verwenden! 2. Einordnung der Stunde (i.w. perfekt) Thema der Unterrichtseinheit: Einführung in die chemische Reaktion Ausschnitt aus den didaktischen Zentren (Oxidation/Reduktion/Redoxreaktion): Einführung des Oxidationsbegriffes anhand des Erhitzens von Eisenwolle Bestandteile der Luft und ihre Eigenschaften Bestimmung des quantitativen Sauerstoffanteils der Luft Oxidation von Metallen (Kupfer und Magnesium) Oxidation von Nichtmetallen am Beispiel von Kohlenstoff Die Affinitätsreihe Reduktion von Quecksilberoxid und Kupferoxid durch Erhitzen Einführung in die Redoxreaktion: Gewinnung von Kupfer aus Kupferoxid Reduktion von Kupferoxid mit Eisen Reduktion von Zinkoxid mit Kupfer 3. Sachanalyse Mit der Veröffentlichung der Phlogistontheorie im Jahre 1697 durch Georg Ernst Stahl, wurde zum ersten Mal in der Geschichte der Chemie ein Zusammenhang zwischen der 2 Oxidation und der Reduktion hergestellt.3 Stahl interpretierte den Verbrennungsvorgang als einen Zerlegungsprozess, bei dem ein in jedem brennbaren Stoff vorhandener Urstoff, das Phlogiston, freigesetzt wird. Durch die Luft gelangte das Phlogiston in Hölzer. Diese wurden dazu verwendet, dem Metallkalk das Phlogiston wieder zuzuführen und somit wieder in pures Metall zu überführen.4 Somit entdeckte er, dass Veränderungen eines Stoffes mit der Veränderung eines weiteren Stoffes zusammenhingen.5 Durch die Entdeckung des Sauerstoffs durch Scheele und Priestley6 angeregt, gelang Antoine Lavoisier die Aufklärung der Vorgänge bei einer Verbrennung. So stellte er durch Wäge- und Volumenexperimente fest, dass bei der Verbrennung Sauerstoff aufgenommen wurde.7 Die Zerlegung des Verbrennungsproduktes lieferte wiederum Sauerstoff. Durch seine Oxidationstheorie widerlegte er die Phlogistontheorie. Auch Lavoisier erkannte, dass Reduktionen in den meisten Fällen gleichzeitig mit Oxidationsreaktionen abliefen. Der Redoxbegriff8 wurde in Laufe der Zeit erweitert, als ersichtlich wurde, dass es Reaktionen gab, die nach einem ähnlichen chemischen Prinzip verliefen wie eine Redoxreaktion mit Sauerstoff. Die Oxidation wird seit dieser Zeit als die Abgabe von Elektronen, die Reduktion als Aufnahme von Elektronen definiert. Da in einem chemischen System keine freien Elektronen vorliegen, sind die Oxidations- mit den Reduktionsreaktionen gekoppelt und laufen gleichzeitig ab. Somit wird die Redoxreaktion oft als Elektronenverschiebung gedeutet.9 Stoffe, die bei einer Redoxreaktion den Reaktionspartner oxidieren (reduzieren) werden als Oxidationsmittel (Reduktionsmittel) bezeichnet. Ob ein Stoff in einer Reaktion als Oxidations- oder Reduktionsmittel wirkt, kann anhand der Stellung der an der Reaktion beteiligten Redoxpaare in der elektrochemischen Spannungsreihe ermittelt werden. In dieser sind die Redoxpaare entsprechend ihrem bei Normalbedingungen10 ermittelten Standardpotential geordnet.11 Weichen die Reaktionbedingungen ab, kann das Potential der Redoxpaare über die Nernstsche Gleichung12 berechnet werden. (prima) 4. Didaktische Entscheidungen Innerhalb des Lehrplans der 8. Jahrgangsstufe bildet das Thema „Einführung in die chemische Reaktion“ einen Hauptaspekt der verbindlichen Unterrichtseinheit „Die chemische Reaktion Stoffumsatz und Energieumsatz“. In diesem Themenbereich wird durch die Bildung und 3 Die Begriffe Oxidation und Reduktion wurden von Stahl noch nicht verwendet H. Barke: Chemiedidaktik, Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen; Springer-Verlag, 2006, S.9 http://online-media.uni-marburg.de/chemie/chids/dachs/expvortr/691Chemiegeschichte_Fischer.doc 6 Wer der Erstentdecker tatsächlich gewesen ist, ist in der Literatur umstritten. 7 http://online-media.uni-marburg.de/chemie/chids/dachs/expvortr/691Chemiegeschichte_Fischer.doc 8 Redox = Reduktions-Oxidations-Reaktion 9 Latscha, Klein: Anorganische Chemie; Springer-Verlag, 1996, S.188 10 Normalbedingungen sind c= 1mol/l und T= 25°C 11 Latscha, Klein: Anorganische Chemie; Springer-Verlag, 1996, S.187 12 Latscha, Klein: Anorganische Chemie; Springer-Verlag, 1996, S.189 4 5 3 Zerlegung von Oxiden der Oxidations- und die Reduktionsbegriff eingeführt13, nicht jedoch der Begriff der Redoxreaktion. Redoxreaktionen werden im Lehrplan der 9. Jahrgangsstufe zugeordnet und finden sich in der verbindlichen Unterrichtseinheit „Einführung in die chemische Symbolsprache und ihre Anwendung“. Dennoch habe ich mich entschieden, die Redoxreaktion im Zusammenhang mit der Einführung des Oxidations- und Reduktionsbegriffes einzuführen, da es an dieser Stelle der nächste konsequente Schritt ist, um das Thema für die Schüler zu vervollständigen und im Sinne der Stetigkeit mit einem „roten Faden“ zu versehen. Ohne Kenntnis der Redoxreaktionen stoßen die Schüler schnell an Grenzen. Es ist zwar für Schüler durchaus verständlich, dass viele Oxide nicht durch Zufuhr von Energie gespalten werden können, jedoch wissen sie aus ihrem Alltag, dass die Reinstoffe technisch genutzt werden. So ist jedem Schüler einsichtig, dass es eine andere Möglichkeit geben muss. Es ist für sie frustrierend, wenn der Lehrer sie auf Nachfrage auf die Inhalte des nächsten Schuljahres vertröstet. Zudem ermöglicht die Kenntnis der Redoxreaktion den Schüler in den folgenden Unterrichtseinheiten nachzuvollziehen, warum Metallbrände nicht mit Kohlenstoffdioxid oder Wasser gelöscht werden können. Auch kann man durch die Redoxreaktion von Wasser mit Magnesium darauf schließen, dass Wasser ein Oxid ist. Redoxreaktionen bilden die Grundlage für viele großtechnische Verfahren zur Herstellung von Reinstoffen, die in der Natur oft nur in Verbindungen vorkommen. So stellen der Hochofenprozess zur Gewinnung von Eisen und das Röstreaktionsverfahren zur Herstellung von Kupfer zwei mögliche Verfahren der Metallgewinnung durch Redoxreaktionen dar.14 Die Metalle können als Legierungsbestandteile (Stahl, Messing) genutzt werden oder als Ausgangsstoffe zu Heizungsrohren, Münzen und Kabeln verarbeitet werden. Mithilfe des Wissens um die Vorgänge der Redoxreaktion kann das hergestellte Eisen durch Rostschutzlacke oder Phosphatierung vor Korrosion geschützt werden.15 Das Wissen um die Abläufe von Redoxreaktionen ermöglicht den Schülern somit den Gebrauch von Aluminiumrädern, Computern und Wunderkerzen. Auch die kabellose Nutzung von Elektrogeräten und Fahrzeugen wird durch die in Batterien und Akkumulatoren ablaufenden Redoxreaktionen möglich. So gewinnen die Schüler durch diese Reaktionen unbewusst an Mobilität und Unabhängigkeit. Der Einsatz von Redoxreaktionen in der Technik macht nicht nur das Leben der Menschen komfortabler, es ermöglicht das Leben selbst. Die meisten Stoffwechselwege wie die Glykolyse, die Zellatmung und die 13 Hessisches Kultusministerium: Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang. Jahrgangsstufe 8 bis 13, Seite 14 Latscha, Klein: Anorganische Chemie; Springer- Verlag, 1996, Seite 380 und 416; das Röstreaktionsverfahren wird kaum noch in Deutschland angewendet, hat jedoch eine historische Bedeutung. 15 R. Christen: Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie; Sauerländer-Verlag, 1996, S.424 14 4 Photosynthese werden durch Redoxreaktionen überhaupt erst möglich. Selbst ausgeklügelte Abwehrmechanismen (z.B. Bombardierkäfer) finden ihren Ursprung in Redoxreaktionen. Die Schüler der 8. Jahrgangsstufe können die ökonomischen, biologischen und chemischen Aspekte des Themas nicht gleichzeitig erfassen. Jedoch können in dieser Jahrgangsstufe dem Alter und den kognitiven Fähigkeiten der Schüler angemessen, die Grundlagen für das Verständnis von Redoxreaktionen gelegt werden. Diese Grundlagen werden in der 9. Jahrgangsstufe bei der Erarbeitung des Hochofenprozesses genutzt und in Jahrgangsstufe 11 durch einen neuen Redoxbegriff erweitert.16 Hierbei wird den Schülern die ökonomische und chemische Bedeutung des Themas deutlich. Auch im Bereich der organischen Chemie ist die Kenntnis der Redoxreaktion eine Vorraussetzung für das Erlernen vieler Reaktionen. 17 Der biologische Aspekt wird im Biologieunterricht der 12. Jahrgangsstufe thematisiert. In dieser Stunde begegnet den Schülern die Redoxreaktion im Zusammenhang mit der Gewinnung von Kupfer aus Kupferoxid zum ersten Mal. Dazu stellen sie Hypothesen auf, die experimentell überprüft werden müssen. Durch die selbstständige Durchführung von Experimenten nehmen die Schüler direkt am Prozess der Erkenntnisgewinnung teil, sie werden dazu angeregt, genau zu beobachten und ihre Beobachtungen zu deuten. 18 Da beim Experimentieren auch handwerkliches Geschick und eine gute Koordination in der Gruppe nötig ist, können die Schüler ihre Kompetenzen im Bereich Erkenntnisgewinnung durch das Führen von qualitativen und quantitativen experimentellen Untersuchungen und im Bereich Kommunikation durch Beschreiben und Erklären von chemischen Sachverhalten erweitern.19 Das ausgewählte Experiment eignet sich hervorragend für die Einführung der Redoxreaktion, da die Schüler sowohl das Element Kupfer wie auch die Verbindung Kupferoxid kennen. Die Reduktion erfolgt mit Kohlenstoff, da das Experiment fast immer gelingt und einen deutlichen Effekt hat (sichtbare Mengen an Kupfer entstehen, das Kalkwasser trübt sich). 20 Somit können die Schüler ihre Beobachtungen mithilfe ihres Vorwissens sehr selbstständig deuten. Da die Schüler die Oxidation als Sauerstoffaufnahme und die Reduktion als Sauerstoffabgabe definieren, wird die Redoxreakton als Sauerstoffaustausch bezeichnet. Die Aufstellung der Reaktionsgleichung erfolgt als Wortgleichung. Weil den Schülern Oxidationszahlen und somit auch das Kupfer(I)-oxid nicht bekannt sind, wird das ebenfalls bei dieser Reaktion entstehende Kupfer(I)-oxid als Kupfer bezeichnet. 16 Hessisches Kultusministerium: Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang. Jahrgangsstufe 8 bis 13, Unterrichtsreihe Redoxreaktionen vgl. Redoxreaktionen von primären/sekundären Alkoholen usw. 18 P. Pfeifer u.a.: Konkrete Fachdidaktik Chemie; Oldenbourg-Verlag, 2006, S. 293 19 KMK: Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss; Beschluss vom 16.12.2004 20 P. Pfeifer u.a.: Konkrete Fachdidaktik Chemie; Oldenbourg-Verlag, 2006, S. 296 17 5 Alternativ könnte die Redoxreaktion im Zusammenhang mit der Brandbekämpfung durch das unsachgemäße Löschen eines Metallbrandes mit Kohlenstoffdioxid thematisiert werden. Diese Alternative ist gut durchführbar, wenn die Brandbekämpfung nach der Thematisierung der Oxidation und der Reduktion erfolgt. Dennoch habe ich mich dagegen entschieden, da bei diesem Vorgehen das eigentliche Ziel, der fachgemäße Umgang mit Löschmitteln, aus dem Mittelpunkt gerückt wird. Dabei ist es gerade für den Chemieunterricht wichtig, dass sich die Schüler im Ernstfall für die richtige Art des Löschmittels entscheiden, um Unfälle zu verhindern. 5. Methodische Entscheidungen Zu Beginn der Stunde wird ein Zeitungsartikel gezeigt und vorgelesen, der über den Fund eines mumifizierten Leichnams und seiner Ausrüstung berichtet. Einige ausgewählte Fundstücke werden als Abbildungen gezeigt. Die Schüler identifizieren den Leichnam als „Ötzi“ und stellen fest, aus welchem Material die Fundstücke bestehen. Da die Schüler wissen, dass Kupfer hauptsächlich als Erz in der Natur vorkommt, stellt sich die Frage, wie das für den Ring und das Beil verwendete Kupfer gewonnen worden ist. Die Hypothesen der Schüler werden gesammelt und notiert. Sollten die Schüler an dieser Stelle keine Ideen entwickeln, wird die ihnen bekannte Affinitätsreihe zur Hilfe genommen. Die Schüler benennen mögliche Reaktionspartner des Kupferoxids und begründen ihre Wahl. Sollte Kohlenstoff nicht erwähnt werden, wird diskutiert, ob die genannten Stoffe Ötzi zur Verfügung standen. Nun entwickeln die Schüler Ideen, wie sie ihre Hypothese experimentell überprüfen können. Im Sinne des offenen und schülerorientierten Unterrichts, ist nicht jeder Schritt ganz genau planbar. Deshalb werden hier zwei verschiedene Varianten bedacht und beschrieben. Sollten die Schüler das beim Experiment entstehende Kohlenstoffdioxid in ihre Überlegungen einbeziehen, wird dieser Punkt vertieft. So werden die Schüler aufgefordert zu überlegen, mit welcher Chemikalie es nachzuweisen ist und wie der experimentelle Aufbau aussehen sollte. Diese Phase würde in einer kurzen Partnerarbeit geführt werden, bevor die Vorschläge im Plenum vorgestellt werden. Erwähnen die Schüler das Kohlenstoffdioxid nicht, wird es nicht thematisiert und nicht in den Versuch integriert. So wird der weitere Stundenverlauf nach den Schülervorschlägen gestaltet. Die einzusetzenden Stoffportionen werden kurz thematisiert, bevor die Schüler das AB I oder AB II bekommen. Die Versuchsanweisung des Arbeitsblatts wird von einem Schüler vorgelesen und mit dem Vorschlag der Schüler verglichen. Das Experiment wird in den schon bestehenden Experimentiergruppen, die von den Schülern selbstständig zusammengestellt wurden, durchgeführt. Durch das freiwillige Einteilen in fast 6 reine Mädchen und Jungengruppen, haben vor allem die Schülerinnen Gelegenheit, sich intensiv im Experimentieren zu üben. So werden Vorurteile abgebaut, dass Mädchen in Chemie weniger begabt seien als die Jungen.21 Zudem gewinnen auch die stilleren Schüler durch den Austausch in den selbst gewählten Gruppen an Sicherheit und beteiligen sich in den anschließenden Phasen reger am Unterricht (siehe Lerngruppenanalyse). Der Versuch hätte auch im Lehrerdemonstrationsversuch mit Medienunterstützung durch die Kamera durchgeführt werden können. Diese Alternative ist sehr gut geeignet, wenn Versuche mit Chemikalien durchgeführt werden, die nach HessGISS 22 nicht in Schülerexperimenten angewendet werden können. Da dies bei den verwendeten Chemikalien nicht der Fall ist, wird auf diese Alternative verzichtet. Ebenso wäre es der Motivation abträglich, wenn die Schüler die von ihnen vorgeschlagene Versuchsdurchführung nicht selbst erproben könnten. Um den Schülern ein möglichst eigenverantwortliches und kontinuierliches Arbeiten zu ermöglichen, werden die Beobachtungen und auch die Deutung des Experimentes in die Gruppenarbeit verlegt. Durch die selbstständige Deutung wird der Leistungsstärke der Gruppe Rechnung getragen. Die leistungsschwächeren Schüler werden durch die Gruppenmitglieder unterstützt. So üben die Schüler Kooperations- und Teamfähigkeit ein. Die Beobachtungen werden von ein bis zwei schnelleren Gruppen auf ein vorbereitetes Plakat geschrieben, welches in der sich nun anschließenden Sicherungsphase an die Tafel geheftet wird. Nach dem Vergleich und gegebenenfalls einigen Ergänzungen, werden einige Schülerdeutungen vorgelesen. Eine der Deutungen wird ausgewählt und als gemeinsame „Klassendeutung“ vom Verfasser den übrigen Schülern diktiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jeder Schüler zu seiner eigenen Aufzeichnung eine vollständige und richtige Deutung des Experimentes besitzt. Das Reaktionsschema wird an der Tafel fixiert. Wurde beim Experiment das entstehende Kohlenstoffdioxid nachgewiesen, klären die Schüler in einer Partnerarbeit, welche Reaktionsart hier vorliegt. Die Überlegungen werden diskutiert, die Oxidation und Reduktion gekennzeichnet und der Begriff Redoxreaktion von mir eingeführt. In der Hausaufgabe zeichnen die Schüler die Vorgänge im Teilchenmodell. Dies ermöglicht ihnen ein tieferes Verständnis der Vorgänge bei einer Redoxreaktion auf der submikroskopischen Ebene23. Wurde während des Experimentes das Kohlenstoffdioxid nicht nachgewiesen, ändern die Schüler nach dem Notieren des Reaktionsschemas den Aufbau des Experimentes ab, sodass ein Kohlenstoffdioxidnachweis geführt werden kann. Der Aufbau wird von einer Schülergruppe vorgestellt. In der Hausaufgabe erstellen die Schüler ein „Arbeitsblatt“ mit 21 http://www.staff.uni-oldenburg.de/sylvia.jahnke.klein/download/Microsoft_Word_-_IGLU-Lay.pdf. HessGISS -Hessisches Gefahrenstoff-Informations-System Schule, V 11.0 2006/2007 23 H. Barke: Chemiedidaktik, Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen; Springer-Verlag, 2006, S. 31 22 7 gezeichnetem Aufbau und einer Anweisung zur Durchführung für ihre Mitschüler, das in der folgenden Stunde eingesetzt wird. 6. Lernziele (besser nach den didaktischen Entscheidungen) Hauptlernziel: Die Schüler sollen experimentell untersuchen und erklären, wie Kupfer durch die Umsetzung mit Kohlenstoff gewonnen werden kann. Fachspezifische Lernziele: Die Schüler sollen Kupfer als Grundmaterial des Beils und des Ringes erkennen. Die Schüler sollen im Zusammenhang mit der Affinitätsreihe folgern, dass Kupfer selten in der Natur gediegen vorkommt. Die Schüler sollen Hypothesen aufstellen, wie Kupfer aus Kupferoxid gewonnen werden kann. Die Schüler sollen die Auswahl der möglichen Elemente durch ein höheres Bindungsbestreben des Elementes zum Sauerstoff begründen. Die Schüler sollen unter Einhaltung der Sicherheitsvorschriften durch eine fachgerechte Durchführung ihre Experimentierfähigkeiten einüben und erweitern. Die Schüler sollen ihre Beobachtungen notieren und eine Deutung vornehmen. (Minimalziel) Die Schüler sollen das Reaktionsschema formulieren. Die Schüler sollen im Reaktionsschema Oxidation und Reduktion kennzeichnen.24 Die Schüler sollen den Begriff Redoxreaktion erlernen und einen Merksatz dazu formulieren. (Maximalziel 1)25 Die Schüler sollen das Experiment abändern, um das entstehende Kohlenstoffdioxid nachzuweisen. (Maximalziel) 26 Andere Lernziele: Die Schüler sollen das genaue Beobachten üben. Die Schüler sollen beim gemeinsamen Experimentieren ihre Kooperations- und Teamfähigkeit schulen. 24 Lernziel, wenn der Kohlenstoffdioxidnachweis in das Experiment integriert ist. Lernziel, wenn der Kohlenstoffdioxidnachweis in das Experiment integriert ist. 26 Lernziel, wenn der Kohlenstoffdioxidnachweis nicht in das Experiment integriert ist. 25 8 7. Verlaufsplan Thema / Inhalt Phase Einstieg Problemstellung Erarbeitung I Erarbeitung II Sicherung I Sicherung II Ein Zeitungsausschnitt wird gezeigt und vorgelesen. Die Schüler identifizieren das Material, aus dem die Ringe und das Beil des Ötzis bestehen als Kupfer. Die Schüler stellen Hypothesen auf, wie Ötzi Kupfer gewonnen hat. Die Schüler erörtern, wie ihre Hypothesen experimentell überprüft werden können. Das Experiment wird von den Schülern geführt, die Beobachtungen notiert und die Deutung unternommen. Die Beobachtungen der einzelnen Gruppen werden verglichen. Schülerdeutungen werden vorgelesen. (Minimalziel) Eine Schülerdeutung wird ausgesucht und von einem Schüler diktiert. Methode/ Sozialform LSG LSG LSG oder PA SE Oxidation und die Reduktion gekennzeichnet und ein Merksatz formuliert (Maximalziel 1) Sicherung IV oder das Experiment verändert, um die Entstehung des Kohlenstoffdioxids nachzuweisen. Die Schüler zeichnen die Vorgänge der Redoxreaktion im Teilchenmodell bzw. erstellen ein AB zur Versuchsdurchführung. Kupferring (Affinitätsreihe als Folie) (Affinitätsreihe als Folie) ExperimentierSet, AB I oder II Plakat an Tafel LSG/SP AB I oder II Tafel/ AB PA/LSG oder Tafel / Heft (Maximalziel 2) HA Folie, OHP, SP/LSG Die Reaktionsgleichung wird an der Tafel notiert. Je nach Experiment werden entweder die Erarbeitung IV/ Material/ Medien EA Heft 9 8. Gefahrenstoffverordnung Die verwendeten Chemikalien Kupfer(II)-oxid, Kohlenstoff, Kupfer, Kohlenstoffdioxid und die Calciumhydroxid-Lösung dürfen in der Schule und ebenso in Schülerexperimenten angewendet werden. Kupfer(II)-oxid: R-Sätze: 22 S-Sätze: 22 Kohlenstoffdioxid: S-Sätze: 9 Calciumhydroxidlösung: R-Sätze: 38 S-Sätze: 22-28.1 Sowohl das Kalkwasser als auch Reste des nicht umgesetzten Kupfer(II)-oxids können über die anorganischen Abfälle mit Schwermetallen entsorgt werden. Dabei ist auf einen alkalischen pH-Wert zu achten. Das als Nebenprodukt entstehende Kupfer(I)-oxid kann auf die gleiche Art entsorgt werden. 9. Literatur [1] Dr. B. Arndt u.a.: Fokus Chemie Gymnasium 7; Cornelsen-Verlag, 2007 [2] W. Asselborn u.a.: Chemie heute Klasse 8 (Bayern); Schroedel -Verlag, 2006 [3] H. Barke: Chemiedidaktik, Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen; SpringerVerlag, 2006 [4] R. Christen: Grundlagen der allgemeinen und anorganischen Chemie; Sauerländer-Verlag [5] W. Eisner u.a.: Elemente Chemie I; Klett-Verlag, 2007 (verwendetes Schulbuch!) [6] HessGISS -Hessisches Gefahrenstoff-Informations-System Schule, V 11.0 2006/2007 [7]Hessisches Kultusministerium: Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang. Jahrgangsstufe 8 bis 13, Wiesbaden 2003 [8] KMK: Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss; Beschluss vom 16.12.2004 [9] Latscha, Klein: Anorganische Chemie; Springer-Verlag, 1996 [10] P. Pfeifer u.a.: Konkrete Fachdidaktik Chemie; Oldenbourg-Verlag, 2006 10 [11] G. Sulzenbach: Die Gletschermumie; Folio-Verlag, 2003 Internetquellen (letzter Aufruf 05.05.2007) http://www.archaeologiemuseum.it/f01_ice_de.html http://online-media.unimarburg.de/chemie/chids/dachs/expvortr/691Chemiegeschichte_Fischer.doc http://www.staff.uni-oldenburg.de/sylvia.jahnke.klein/download/Microsoft_Word_-_IGLULay.pdf. 10.Versicherung zur Aufsicht Bei der Planung und Durchführung des Unterrichts habe ich die Abschnitte 4.4 (S.577) und 7.8 (S.580) gem. Abl. 10/97 hier zweite VO zur Änderung der VO über die Aufsicht über Schülerinnen und Schüler vom 23.09.97 und nachfolgende Änderungen im Amtsblatt 01/06 in besonderem Maße beachtet. _________________________ Unterschrift 11. Anhang [1] Kommentierter Sitzplan [2] Zeitungsausschnitt [3] Arbeitsblatt I [4] Arbeitsblatt II [5] Versicherung über die Verfassung der Prüfungsarbeit 11 Anhang 1: Kommentierter Sitzplan Tafel Anhang 2: Sensationsfund in den Ötztaler Alpen Im September 1991 machten deutsche Touristen in Südtirol einen spektakulären Fund: Auf einem Gletscher entdeckten sie einen etwa 5300 Jahre alten, mumifizierten Leichnam. Nicht nur der Leichnam, auch die Kleidung und das Werkzeug des Mannes sind gut erhalten geblieben. Hier eine Auswahl der Fundstücke : 12 Anhang 3: Arbeitsblatt I Schülerexperiment Wie hat Ötzi Kupfer gewonnen? 8b Materialien: Stativ, Klemme, Muffe, schwerschmelzbares Reagenzglas, Trichter, Mörser, Pinzette, Bunsenbrenner, Reagenzglasklammer, Schutzbrille ! Chemikalien: Kupferoxid, Kohlenstoff Aufbau: Durchführung: 1. Mische das Kupferoxid und den Kohlenstoff im Mörser gut durch und schüttle ihn mithilfe des Trichters ins Reagenzglas. 2. Spanne das Reagenzglas schräg ein. 3. Erhitze das Kupferoxid-Kohlenstoff-Gemisch bis die Reaktion beginnt. Entferne dann den Bunsenbrenner. 4. Lass das Reagenzglas abkühlen. Schüttle das Reaktionsprodukt unter Zuhilfenahme der Reagenzglasklammer in den Mörser und untersuche es. 5. Notiere deine Beobachtungen. Beobachtung: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Gruppendeutung: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Klassendeutung: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Reaktionsgleichung: 13 Anhang 4: Arbeitsblatt II Schülerexperiment Wie hat Ötzi Kupfer gewonnen? 8b Materialien: Stativ, Klemme, Muffe, schwerschmelzbares Reagenzglas, Gummistopfen mit Bohrung, gebogenes Glasrohr, Erlenmeyerkolben, Trichter, Mörser, Laborboy, Pinzette, Bunsenbrenner, Reagenzglasklammer, Schutzbrille ! Chemikalien: Kupferoxid, Kohlenstoff, Calciumhydroxidlösung (= Kalkwasser) Aufbau: Durchführung: 1. Mische das Kupferoxid und den Kohlenstoff im Mörser gut durch und schüttle ihn mithilfe des Trichters ins Reagenzglas. 2. Verschließe das Reagenzglas mit dem Stopfen und spanne es waagerecht ein. 3. Stelle den Erlenmeyerkolben mit dem Kalkwasser auf den Laborboy und stelle ihn so ein, dass sich das Glasrohr knapp über der Flüssigkeit befindet. 4. Erhitze das Kupferoxid-Kohlenstoff-Gemisch bis die Reaktion beginnt. Entferne dann den Bunsenbrenner. 5. Lass das Reagenzglas abkühlen. Schüttle das Reaktionsprodukt unter Zuhilfenahme der Reagenzglasklammer in den Mörser und untersuche es. 6. Notiere deine Beobachtungen. Beobachtung: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Gruppendeutung: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Klassendeutung: ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Reaktionsgleichung: 14 Versicherung Hiermit versichere ich, dass ich den vorliegenden Unterrichtsentwurf zur Examenslehrprobe selbstständig verfasst habe, keine anderen Hilfsmittel als die angegebenen verwendet und sämtliche Stellen, die anderen benutzten Druck- und digitalisierten Werken im Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen sind, in jedem Fall unter Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht habe. – Internetquellen sind gemäß den Vorgaben des Seminarrates nachgewiesen. XXXX, den xxxx.xxxxx ________________________ Unterschrift 15
