Chemieunterricht in der Oberstufe (Sekundarstufe II)
Ausarbeitungen von Werner Schötschel
Enthalpie und Entropie - Über den Ablauf chemischer Reaktionen
Neubearbeitung: Juli 2007
(Für die kritische Durchsicht und viele gute Änderungsvorschläge danke ich Herrn Werner Heinritz, Gomaringen.)
Der Stoff war früher in den saarländischen Lehrplänen vorgesehen als ein Zusatzthema im Chemieunterricht der Sekundarstufe I der mathematisch-naturwissenschaftlichen Gymnasien.
Inhaltsverzeichnis
Arten chemischer Systeme
Zustandsgrößen
Innere Energie U
1. Hauptsatz der Thermodynamik
Isochore und isobare Reaktionen
Enthalpieänderung
exotherme und endotherme Reaktionen
Standardenthalpien, Bildungsenthalpien, Reaktionsenthalpien
Entropie S
2. und 3. Hauptsatz der Thermodynamik
Freie Enthalpie G und Gibbs-Gleichung
Freie Standard-Reaktionsenthalpie und freie Standard-Bildungsenthalpie
exergonische und endergonische Reaktionen
Interpretationen zur Gibbs-Gleichung
Tabelle von Standard-Bildungsenthalpien
Tabelle von Standardentropien
Aufgaben zu dem Kapitel „Enthalpie und Entropie“ und Lösungen
Grundlagen der Kernchemie
Neubearbeitung: Mai 2005
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen den Lernzielen des bis 2009 gültigen Lehrplans für den Leistungskurs Chemie an Gymnasien und Gesamtschulen des Saarlandes.
Inhaltsverzeichnis
1 Natürliche Radioaktivität
Strahlungsarten
Strahlenwirkung
Verschiebungsgesetze und Halbwertszeit
2 Künstliche Kernumwandlungen
Austausch- und Einfangreaktionen
Verwendung von Radionucliden
Radiocarbonmethode und Neutronenaktivierungsanalyse
Zerfallsarten der künstlichen Radioaktivität
3 Kenngrößen der radioaktiven Strahlung und die Strahlenbelastung
Größen und Einheiten
Strahlenbelastung des Menschen
4 Kernspaltung (Kernfission)
Spaltbares Material
Verfahren zur Uran-Anreicherung
Ungesteuerte Kettenreaktion in der Atombombe
Gesteuerte Kettenreaktion im Kernreaktor
Beispiele für Reaktortypen
5 Kernverschmelzung (Kernfusion)
Kernbindungsenergie
Wasserstoffbombe und Neutronenbombe
Fusionsreaktor
Anmerkungen
Anhang 1 Zerfallsreihe von Pu
Anhang 2 Schalenmodell des Atomkerns
Anhang 3 Übersicht der Atomkraftwerke in Deutschland
Anhang 4 Tokamak und Stellarator
Anhang 5 Lawson-Diagramm
Übungsaufgaben
Lernziele zum Kursthema "Grundlagen der Kernchemie“
Kohle - Entstehung, Abbau, Verwendung (unter besonderer Berücksichtigung des Saarlandes)
Neubearbeitung: Mai 2005
Der Stoff war in den saarländischen Lehrplänen vorgesehen als ein Zusatzthema im Chemieunterricht der Sekundarstufe I der mathematisch-naturwissenschaftlichen Gymnasien.
Inhaltsverzeichnis
Entstehung der Kohle
Zusammensetzung fester Brennstoffe
Anzahl der Steinkohlenbergwerke und Steinkohlenförderung
Kohleabbau im Saarland
Wirtschaftliche Bedeutung der Kohle
Entgasung der Kohle (Kokerei)
Vorderansicht und Aufsicht einer Kokerei
Fließschema für die Gewinnung von Koks und Kokereigas
Anmerkungen zu den Kokereien im Saarland
Anhang: Förderbegriffe (Rohförderung, t = t - Förderung, verwertbare Förderung)
Hinweise zu Unterrichtshilfen
Komplexchemie
Neubearbeitung: Juni 2010
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen den Lernzielen des bis 2009 gültigen Lehrplans für den Leistungskurs Chemie an Gymnasien und Gesamtschulen des Saarlandes.
Inhaltsverzeichnis
1 Bezeichnungen, Schreibweise und Nomenklatur der
Komplexverbindungen 1
2 Weitere Beispiele für die Bildung von Komplexverbindungen 5
2.1 Amminkomplexe 5
2.2 Cyanokomplexe 5
2.3 Hydroxokomplexe 6
2.4 Thiosulfatokomplexe 7
2.5 Thiocyanatokomplexe 7
2.6 Halogenokomplexe 7
2.7 Aquakomplexe - Hydrate - Kristallwasser 8
3 Bindung und geometrische Anordnung der Liganden in
Komplexen 10
4 Chelatkomplexe 11
5 Ligandenaustauschreaktionen 12
Anhang 1 Einübung der Formelschreibweise von Komplexverbindungen
Anhang 2 Beispiele für die Nomenklatur von Komplexverbindungen
Anhang 3 Versuche zur Komplexchemie
Anhang 4 Schülerpraktikum: Versuche zur Komplexchemie
Anhang 5 Übungsaufgaben
Hinweis zu den Versuchen:
Die Vorschriften für den Umgang mit Gefahrstoffen sind in den einzelnen Bundesländern sehr unterschiedlich. Die Lehrer und Lehrerinnen müssen aus ihrer Fachkenntnis und ihrer pädagogischen Verantwortung heraus unter Beachtung der gesetzlichen Vorgaben entscheiden, ob ein Experiment durchgeführt werden soll oder nicht.
Kunststoffe
Neubearbeitung: Mai 2005
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen den Lernzielen des bis 2009 gültigen Lehrplans für den Leistungskurs Chemie an Gymnasien und Gesamtschulen des Saarlandes.
Inhaltsverzeichnis
Monomere und Polymere
Kunststoffe aus Naturprodukten
Eigenschaften der Kunststoffe
Thermoplaste (Plastomere)
Duroplaste (Duromere)
Elastoplaste (Elastomere)
Einteilung der hochmolekularen Stoffe nach der Verknüpfungsart der Monomeren
Reaktionen zur Kunststoffherstellung
Polymerisation
Polykondensation
Polyaddition
Produktionszahlen
Einsatzgebiete von Kunststoffen
Grundlagen der Metallkunde, insbesondere Eisen und Stahl
Letzte Überarbeitung: Februar 2009
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen den Lernzielen des bis 2009 gültigen Lehrplans für den Leistungskurs Chemie an Gymnasien und Gesamtschulen des Saarlandes.
Inhaltsverzeichnis
1 Legierungen
2 Zustandsschaubilder
3 Das Zustandsschaubild Fe/Fe3C
4 Eisenwerkstoffe
5 Gewinnung des Roheisens (Erzverhüttung)
5.1 Eisenerze
5.2 Erzaufbereitung
5.3 Vorgänge im Hochofen
6 Gewinnung des Stahls
6.1 Bessemer- und Thomasverfahren, Siemens-Martin-Verfahren, DSN-Verfahren
6.2 LD-Verfahren, LD-AC-Verfahren und OBM-Verfahren
6.3 Elektrostahl-Verfahren
6.4 Direktreduktion von Eisenerz
6.5 Sekundärmetallurgie
7 Vergießen und Walzen von Stahl
8 Statistische Angaben zum Strukturwandel der Eisen- und Stahlindustrie in den letzten Jahrzehnten
Anhang 1 Verbesserung des LD-Verfahrens
Anhang 2 Anmerkungen zur Geschichte der Eisenindustrie in Neunkirchen
Anhang 3 Hinweise zur Literatur
Arbeitsblatt Übersicht über die Vorgänge im Hochofen
Naturstoffe - Fette, Kohlenhydrate, Eiweiße
Neubearbeitung: Mai 2005
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen den Lernzielen des bis 2009 gültigen Lehrplans für den Leistungskurs Chemie an Gymnasien und Gesamtschulen des Saarlandes.
Inhaltsverzeichnis
1 Fette und Lipoide
2 Kohlenhydrate
Monosaccharide
Pentosen
Hexosen (Glucose, Galactose, Fructose)
Oligosaccharide (Saccharose)
weitere Disaccharide (Maltose, Cellobiose, Lactose)
Polysaccharide (Stärke, Glycogen, Cellulose)
3 Eiweißstoffe
Proteide
Anhang 1 Fetthärtung
Anhang 2 Bedeutung von Aminosäuren für die Ernährung
Anhang 3 Dauerwellen
Anhang 4 Enzymatische Spaltung von Proteinen
Grundlagen der Organischen Chemie
Neubearbeitung: Mai 2005
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen den Lernzielen des saarländischen Lehrplans für Chemie in der Klassenstufe 11 der Gymnasien. In den Vorbemerkungen zum Lehrplan hieß es In der organischen Chemie der Klassenstufe 11 sind - ausgehend von Experimenten - Stoffe und ihre Eigenschaften zu betrachten. Bewusst sind tiefer gehende Strukturbetrachtungen und insbesondere Reaktionsmechanismen ausgespart; sie bleiben dem Unterricht in den Grund- und Leistungskursen vorbehalten.“
Inhaltsverzeichnis
1 Der Begriff Organische Chemie“
1.1 Der historische Begriff Organische Chemie“
1.2 Der moderne Begriff Organische Chemie“
2 Fossile Brennstoffe
2.1 Die Entstehung fossiler Brennstoffe
2.2 Die Förderung von fossilen Brennstoffen
2.3 Die Verwendung fossiler Brennstoffe
2.4 Weltenergievorräte
3 Alkane
3.1 Methan
3.2 Weitere Kohlenwasserstoffe: Ethan, Propan, Butan
3.3 Homologe Reihe der n-Alkane
3.4 Isomerie
3.5 Die wichtigsten Regeln zur Nomenklatur der Alkane
3.6 Eigenschaften und Reaktionen der Alkane
4 Alkene
4.1 Ethen
4.2 Weitere Alkene
4.3 Eigenschaften der Alkene
4.4 Ungesättigte Verbindungen in der Natur
4.5 Vom Alken zum Makromolekül
4.6 Kunststoffverbrauch - ein Müll-Problem
5 Alkohole
5.1 Alkoholische Gärung
5.2 Homologe Reihe der Alkanole
5.3 Einteilung der Alkanole
5.4 Eigenschaften der Alkanole
5.5 Herstellung und Verwendung der Alkanole
6 Carbonylverbindungen
6.1 Aldehyde und Ketone
6.2 Carbonsäuren
6.3 Ester
Organische Chemie für die Oberstufe und zur Einführung in das Studium
Neubearbeitung: September 2008
Der Stoffumfang dieser vom Verfasser in mehreren Durchgängen erprobten Unterrichtshilfe entspricht den Lernzielen des bis 2009 gültigen Lehrplans für den fünfstündigen Leistungskurs Chemie an Gymnasien und Gesamtschulen des Saarlandes. Vorgesehen waren (einschließlich der Zeit für Klausuren) rund 75 Unterrichtsstunden.
Diese Handreichung ist in erster Linie gedacht für Lehrerinnen und Lehrer zur Vorbereitung des Unterrichts. Daher sind Hinweise auf begleitende Experimente aufgenommen worden, die in der Ausarbeitung Versuche zur Organischen Chemie (einschließlich Naturstoffe)“ beschrieben sind. Selbstverständlich muss der Unterrichtende bei jedem Experiment selbst entscheiden, ob er es unter Beachtung der geltenden Vorschriften durchführen will. Die zahlreichen weiterführenden Anmerkungen und die ausführliche Darstellung von Reaktionsmechanismen ermöglichen eine Vertiefung des Unterrichtsstoffs.
Für Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe kann diese Handreichung zur Vorbereitung auf das Abitur dienen. Die mit roter Schrift gekennzeichneten Anmerkungen ermöglichen dann eine Vertiefung, auch wenn sie keinen Prüfungsstoff darstellen. Zur Festigung der Nomenklaturregeln sind zahlreiche Übungsaufgaben mit Lösungen aufgenommen worden. Klausuraufgaben finden sich im Internet (z.B. unter http://www.saarland.de/14629.htm ).
Durch die an vielen Stellen angebotenen Ergänzungen ist die Handreichung auch für Schüler geeignet, die sich auf Chemievorlesungen im Studium vorbereiten wollen. Sie bildet zusammen mit der Handreichung über Naturstoffe (Fette, Kohlenhydrate, Eiweiße) eine leicht verständliche Einführung in die Organische Chemie.
Inhaltsverzeichnis
1 Organische Chemie als Chemie der Kohlenstoffverbindungen
2 Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen
2.1 Gesättigte Kohlenwasserstoffe
2.2 Ungesättigte Kohlenwasserstoffe
2.3 Ringkohlenwasserstoffe (Cyclische Kohlenwasserstoffe)
2.3.1 Alicyclische Kohlenwasserstoffe
2.3.2 Aromatische Kohlenwasserstoffe
2.4 Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl
3 Sauerstoffhaltige Verbindungen
3.1 Verbindungen mit der Gruppe -OH
3.1.1 Alkanole = Alkohole
3.1.2 Ether
3.1.3 Phenole
3.2 Alkanale = Aldehyde und Alkanone = Ketone
3.3 Carbonsäuren und Ester
Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht - Gesetzmäßigkeiten für den Ablauf chemischer Reaktionen
Neubearbeitung: Mai 2005
Anordnung und Umfang des Stoffes entsprechen weitgehend den Lernzielen des alten saarländischen Lehrplans für Chemie in der Klassenstufe 11 der Gymnasien.
Inhaltsverzeichnis
1 Die Reaktionsgeschwindigkeit
1.1 Definition der Reaktionsgeschwindigkeit
1.2 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Art der Stoffe
1.3 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Phasengrenzfläche
1.4 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration
1.5 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur
1.6 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Katalysatoren
2 Das chemische Gleichgewicht
Aufgaben zum chemischen Gleichgewicht
Anhang: Erläuterung des Begriffes „Reaktionsweg“
Hilfreich für das Verständnis vom Wesen eines dynamischen Gleichgewichtes ist der Einsatz der Computersimulation „Schöpfen“.
Erläuterung zum Simulationsprogramm „Schöpfen“
von Werner Schötschel und Arne Wittling
Simulationsprogramm zum chemischen Gleichgewicht („Schöpfen“)
von Werner Schötschel und Arne Wittling
Versuche zur Anorganischen Chemie – Sekundarstufe I
Neubearbeitung: November 2002
Alle in dieser Datei beschriebenen Versuche zur Anorganischen Chemie der Sekundarstufe I sind über Jahrzehnte hin erprobt und optimiert worden, sodass bei genauer Beachtung der Angaben ein Gelingen der Versuche gesichert ist.
Die Experimente sind zu einzelnen Kapiteln zusammengefasst. Die Reihenfolge der Kapitel entspricht einem möglichen Unterrichtsgang und kann vielfältig variiert werden.
Inhaltsverzeichnis
Einführung in die Chemie; Abgrenzung der Chemie gegenüber der Physik
Metalle und Legierungen
Gemenge und Verbindungen
Oxidationen von Metallen und Brennstoffen und die Zusammensetzung der Luft
Bunsenbrenner und Flammenfärbung
Zerlegung von Oxiden und der Sauerstoff
Säuren und Laugen
Das Wasser
Wasserstoff
Reduktionen
Der Schwefel
Grundtatsachen der Kristallographie
Hydroxide und einführende Betrachtung zu Säuren und Salzen
Die Schwefelsäure und ihre Salze; Katalysatoren
Die Salzsäure und ihre Salze
Die Salpetersäure und ihre Salze
Die Kieselsäuren und ihre Salze
Die Schwefelwasserstoffsäure und ihre Salze
Die Kohlensäure und ihre Salze
Die wichtigsten Möglichkeiten der Salzbildung
Einführung in die Chemie der wässrigen Lösungen
Sonderkapitel Technische Silicate“
Sonderkapitel Edelgase“
Weitere Versuche
Chemische Zaubertricks
Alle Versuche sind so beschrieben, wie sie als Demonstrationsexperiment ausgeführt werden sollen. Jeder Lehrer muss selbst entscheiden, ob ein Versuch auch als Schülerexperiment geeignet ist.
Die Vorschriften für den Umgang mit Gefahrstoffen sind in den einzelnen Bundesländern sehr unterschiedlich. Die Lehrer und Lehrerinnen müssen aus ihrer Fachkenntnis und ihrer pädagogischen Verantwortung heraus unter Beachtung der gesetzlichen Vorgaben entscheiden, ob ein Experiment durchgeführt werden soll oder nicht. In dieser Zusammenstellung sind auch Versuche zu finden, deren Ausführung - aus welchen Gründen auch immer - von einzelnen Lehrern oder Lehrerinnen abgelehnt wird. In einem solchen Fall kann die Versuchsbeschreibung eine gute Anregung sein, Ersatzexperimente zu erarbeiten, die mit ungefährlicheren Stoffen das gleiche pädagogische Ziel erreichen. Denkbar ist auch, dass ein Experiment nur als Filmaufnahme vorgeführt oder nur theoretisch besprochen wird. Dies sollte aber auf Ausnahmen beschränkt werden, denn ein fesselnder Chemieunterricht wird immer ein experimenteller Unterricht sein.
Versuche zur Organischen Chemie (einschließlich Naturstoffe)
Neubearbeitung: Mai 2002
Alle in dieser Datei beschriebenen Versuche zur Organischen Chemie und zur Chemie der Naturstoffe sind über Jahrzehnte hin erprobt und optimiert worden, sodass bei genauer Beachtung der Angaben ein Gelingen der Versuche gesichert ist.
Alle Versuche sind so beschrieben, wie sie als Demonstrationsexperiment ausgeführt werden sollen. Jeder Lehrer muss selbst entscheiden, ob ein Versuch auch als Schülerexperiment geeignet ist.
Die Vorschriften für den Umgang mit Gefahrstoffen sind in den einzelnen Bundesländern sehr unterschiedlich. Die Lehrer und Lehrerinnen müssen aus ihrer Fachkenntnis und ihrer pädagogischen Verantwortung heraus unter Beachtung der gesetzlichen Vorgaben entscheiden, ob ein Experiment durchgeführt werden soll oder nicht. In dieser Zusammenstellung sind auch Versuche zu finden, deren Ausführung - aus welchen Gründen auch immer - von einzelnen Lehrern oder Lehrerinnen abgelehnt wird. In einem solchen Fall kann die Versuchsbeschreibung eine gute Anregung sein, Ersatzexperimente zu erarbeiten, die mit ungefährlicheren Stoffen das gleiche pädagogische Ziel erreichen. Denkbar ist auch, dass ein Experiment (z.B. die Bromierung von Benzol) nur als Filmaufnahme vorgeführt oder nur theoretisch besprochen wird. Dies sollte aber auf Ausnahmen beschränkt werden, denn ein fesselnder Chemieunterricht wird immer ein experimenteller Unterricht sein.
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