Sicherheitshinweise
Enthaltene Gefahrstoffe
⦁ Versuchsbeschreibung 2a: Kalkwasser
⦁ Versuchsbeschreibung 2b: Phosphor, roter
⦁ Versuchsbeschreibung 3a / 3b: Ethanol oder Aceton
⦁ Versuchsbeschreibung 5: Calcium / Kupfer(II)-sulfat, wasserfrei
⦁ Versuchsbeschreibung 6: 100 ml Wasserstoffperoxid, mind. 6 % (max. 10 %) Details, s. Gefährdungsbeurteilung, ab S. 33.
Fachliche Hinweise
Was wäre der Mensch ohne die Entdeckung des Feuers? Die Nutzung des Feuers bedeutet nicht nur ein Meilenstein in der körperlichen und intellektuellen Entwicklung des Menschen, auch die Erfindung neuer Produkte und neuer Technologien wären unmöglich. Ohne Sauerstoff kein Feuer – deshalb ist die Aufnahme von Sauerstoff (Oxidation) unter Wärme- bzw. Lichtabgabe (Feuererscheinung) eine zentrale chemische Reaktion.
Das Rosten von Eisen zeigt, dass Oxidationen jedoch auch ohne Feuererscheinung ablaufen können (langsame Oxidation). Reagiert ein Metall mit Sauerstoff entstehen Metalloxide, reagiert ein Nichtmetall mit Sauerstoff entstehen Nichtmetalloxide.
Im Gegensatz zu einer Oxidation ist eine Reduktion eine Reaktion, bei der Sauerstoff abgegeben wird. Dies kann auch durch Katalysatoren ausgelöst werden (siehe Versuchsbeschreibung 6, S. 24). Gibt es in einer Reaktion mehrere Reaktionspartner, so ist eine Reduktion immer an eine Oxidation gekoppelt. Der Sauerstoff wird also übertragen. Diese Kopplung von Reduktion und Oxi- dation nennt man Redoxreaktion.
Didaktische Hinweise
Ziel dieses Lernschritts III „Oxidationen, Reduktionen, Redoxreaktionen“ ist das Kennenlernen der Begriffe und ihre Zuordnung zu den entsprechenden chemischen Vorgängen. Die fachlichen Informationen werden dabei mit Bezügen aus dem Alltag der Schüler (z. B. Rostschutz) oder der Industrie (z. B. modellhafte Gewinnung eines Metalls aus einem Oxid) verknüpft, sodass die Schüler die chemischen Begriffe auch im Kontext begreifen.
Bei allen Experimenten müssen die Gefahrenpotenziale und Fertigkeiten der Lerngruppe berück- sichtigt werden und dementsprechend eine Entscheidung getroffen werden, welche Experimente die Lerngruppe selbstständig durchführen kann.
Lernvoraussetzungen
Die Lehrkraft sollte bis zur Durchführung dieser Unterrichtseinheit bereits folgende Begriffe und Definitionen eingeführt haben:
⦁ Reaktionsschema aufstellen
⦁ zusätzlich bei Lernniveau 2: Elementsymbole kennen und Formeln aufstellen
⦁ Wassernachweis mit Watesmopapier
⦁ Knallgasprobe als Nachweis für Wasserstoff
⦁ Kalkwasserprobe als Nachweis für Kohlenstoffdioxid
Lernschritt III ist so aufgebaut, dass alle Lernenden zunächst ein Basisexperiment durchführen.
VORSC
HAU
b e lla ri sc h e r A b la u f
NiveauSozialformZeitlicher Ablauf / InhaltProdukte (in Klammern Niveaustufen)Kopiervorlage xidationen, duktionen, doxreaktion 1. Basisbildung allePartner- oder GruppenarbeitVorversuch: Die Rolle der Luft bei VerbrennungenVersuchsprotokoll (N1–3) Extra Challenge (N2–3)Vorversuch 2. Erarbeitung (arbeitsgleich, aufgabendifferent) allePartner- oder Gruppenarbeita) Oxidation von Nichtmetallen b) Oxidation von Metallen c) Reduktion von Metalloxiden d) Reduktion mithilfe von Kataly- satorenVersuchsauswertungen (N1–3) Skizzen (N1–3) Folienpuzzle (N2–3) Reaktionsgleichungen mit Bausteinen (N2–3) Fotos (N2–3) Bildergeschichte (N2–3) Werbeplakat (N2–3) Comic (N2–3) Bandolo (N1) Triomino (N2–3)
Versuchsbeschreibungen 1–6 (Niveau 1–3) Vorlage: Bandolo Vorlage: Triomino 3. Ergebnisse sichern allePartner- oder GruppenarbeitLernkontrolleWürfelWürfelmethode
VORSC
HAU
Versuchsbeschreibung 1: Was brennt eigentlich, wenn eine Kerze brennt?
Benötigte Materialien:
⦁
Arbeitsplatte
⦁
1 Stumpenkerze o. Ä.
⦁
Streichhölzer
⦁
Porzellantiegel oder weiße Kachel
⦁
Glasröhrchen (Durchmesser: ca. 6 mm, Länge: ca. 5 cm)
⦁
Tiegelzange
Schutzmaßnahmen:
Schutzbrille. Lange Haare zurückbinden. Lange Ärmel hochschieben. Keine Schals oder baumelnde Kleidung!
Vorbereitung:
1. Jedes Gruppenmitglied benötigt Schreibmaterial.
2. Besorgt euch die Materialien und richtet euren Arbeitsplatz her.
1
Aufbau:
Durchführung:
Versuch 1: Entzündet die Kerze und beobachtet Aussehen und Form der Flamme.
Versuch 2: Haltet einen Porzellantiegel oder eine Kachel mithilfe der Tiegelzange direkt über die Flamme. Die Flamme darf nicht erlöschen.
Versuch 3a: Pustet die Flamme (die schon länger gebrannt haben muss) aus und haltet sofort ein brennendes Streichholz in die aufsteigenden Dämpfe, ohne den Docht zu berühren.
Versuch 3b (Variation): Haltet mit der Tiegelzange das untere Ende eines Glasröhr- chens in die dunkle Zone der Kerzenflamme. Haltet gleichzeitig ein brennendes Streichholz an das andere Ende des Glasröhrchens.
3
Aufräumen:
Räumt euren Arbeitsplatz auf, wenn ihr mit der Arbeit fertig seid.
4 2
1 2
VORSC
HAU
Aufgaben zum Versuch:
1. Notiert hier eure Beobachtungen zum Versuch:
2. Ordnet folgende Begriffe zu zwei Sätzen, die das Experiment erklären:
VERBRENNUNG KOHLENSTOFFDIOXID VON DER DABEI
REAGIERT SAUERSTOFF BEI MIT KOHLE
ENTSTEHT KOHLENSTOFF
3. Beschreibt und erklärt eure Beobachtungen bei der Zugabe von Kalkwasser zu dem Reaktionsprodukt.
4. Eine Reaktion mit Sauerstoff wird auch Oxidation genannt. Reagiert ein Stoff mit Sauerstoff unter Licht- und Wärmeabgabe, so wird dieser Vorgang als Verbrennung bezeichnet.
Erstellt Wortgleichungen (Reaktionsschemata) für die Verbrennung von:
a) Kohle bzw. Kohlenstoff
b) Schwefel
c)
Nichtmetallen 5VORSC
HAU
Versuchsbeschreibung 3b: Metalle oxidieren – aus Eisen wird Eisenoxid
Benötigte Materialien:
⦁
Arbeitsplatte
⦁
Tiegelzange
⦁
Brenner
⦁
feines Schmirgelpapier
⦁
Wattebausch
⦁
Kachel
⦁
entfettete Stahlwolle (Alternativ: Eisenwolle & Ethanol oder Aceton
)Schutzmaßnahmen:
Schutzbrille. Lange Haare zurückbinden. Lange Ärmel hochschieben. Keine Schals oder baumelnde Kleidung!
Vorbereitung:
1. Vorzugsweise entfettete Stahlwolle verwenden. Alternativ: Die Eisenwolle eine Woche vor dem Versuch in Ethanol oder Aceton einlegen und trocknen lassen.
2. Jedes Gruppenmitglied benötigt Schreibmaterial.
3. Besorgt euch die Materialien und richtet euren Arbeitsplatz her.
1
Aufbau:
2
Durchführung:
1. Haltet mit der Tiegelzange etwas Stahl- oder Eisenwolle in die Flamme des Bunsen- brenners. (Achtung: Die Wolle verspritzt glühendes Metall!)
2. Lasst diese dann auf der Kachel auskühlen.
3
Aufräumen:
⦁
Räumt euren Arbeitsplatz auf, wenn ihr mit der Arbeit fertig seid.
⦁
Die Reste der Stahl- oder Eisenwolle nach Erkalten in das Sammelgefäß „Anorgani- sche Feststoffe“ oder in den Restmüll geben.
⦁
Ethanol- oder Acetonrest in den Behälter „Organische Lösungsmittel – halogenfrei“
4
VORSC
HAU
Aufgaben zum Versuch:
1. Beschreibt und zeichnet das Aussehen der Nägel nach etwa einer Woche:
2. Kombiniert mit Pfeilen die folgenden Satzteile richtig miteinander und notiert den entstandenen Text jeweils in eure Hefte:
Rosten ist einen guten Schutz
gegen Oxidation.
Eisen rostet nur, einen teilweisen Schutz
gegen Korrosion.
Beim Rosten verändert sich das Metall
und seine Eigenschaften. Dies wird Korrosion genannt.
Je mehr Salze im Wasser gelöst sind, eine chemische Reaktion.
Lack bewirkt wenn Luftsauerstoff und
Wasser vorhanden sind.
Öl bewirkt desto stärker oxidiert das
Eisen.
3. Ergänzt den Satz mit zwei Vorschlägen: Um im Winter mein Fahrrad und die Fahr- radkette vor Rost zu schützen, …
5
Weiterführende Aufgaben:
Sucht euch eine der folgenden Aufgaben aus:
4. Überlegt euch eine Fotostory oder Bildergeschichte, in der folgende Problematik dar- gestellt wird: Zwei Freunde treffen sich und zeigen ihre Fahrräder – eins mit Rost, eins ohne Rost. Der erste Freund ist ganz verzweifelt, der zweite Freund erklärt ihm, warum es wahrscheinlich zur Korrosion gekommen ist, und gibt Ratschläge gegen das Rosten.
5. Entwerft ein Werbeplakat zum Thema „Rosten – aber ohne mich!“
6. Weist exemplarisch nach, wie viel Sauerstoff beim Rosten von 5 g Eisenwolle ge- bunden wird.
Materialien: Stativ, Reagenzglas, Becherglas, 5 g angefeuchtete Eisenwolle
6VORSC –
HAU
Versuchsbeschreibung 5: Reduktion von Metalloxiden (mögl. Demonstrationsversuch)
Benötigte Materialien:
⦁
Arbeitsplatte
⦁
Stativ mit Klemme und Muffe
⦁
Spatellöffel
⦁
2 Reagenzgläser unterschiedlicher Größe
⦁
Gummistopfen mit Loch
⦁
Glasrohr
⦁
Brenner
⦁
Calcium
⦁
dest. Wasser
⦁
Watesmo-Papier oder Kupfer(II)-sulfat, wasserfrei
Schutzmaßnahmen:
Schutzbrille. Lange Haare zurückbinden. Lange Ärmel hochschieben. Keine Schals oder baumelnde Kleidung! Verstreutes Calcium auf keinen Fall mit den Händen anfassen! Einmal-Schutzhandschuhe, Nitril, verwenden.
Vorbereitung:
1. Jedes Gruppenmitglied benötigt Schreibmaterial.
2. Besorgt euch die Materialien und richtet euren Arbeitsplatz her.
1
Aufbau:
1 2
Durchführung:
1. Das große Reagenzglas ca. 1 cm hoch mit Wasser füllen und in das Stativ einspan- nen.
2. Einen flachen Spatellöffel Calcium in das Wasser geben und das Reagenzglas mit dem Gummistopfen verschließen, in dem das Glasrohr steckt.
3. Das kleine Reagenzglas so lange über die Glasrohrspitze halten, bis die Reaktion im großen Reagenzglas beendet ist.
4. Dann mit dem Daumen die Öffnung des kleinen Reagenzglases verschließen und dieses Reagenzglas der Brennerflamme nähern.
5. Die Reagenzglasöffnung freigeben und so die Knallgasprobe durchführen.
6. Etwas Watesmo-Papier an die Innenwand des kleinen Reagenzglases halten. (Alter- nativ: Einige Körnchen Kupfer(II)-sulfat, wasserfrei, hineingeben.)
3 2
VORSC
HAU
Versuchsbeschreibung 6: Reduktion mithilfe von Katalysatoren
Benötigte Materialien:
⦁
Arbeitsplatte
⦁
warmes Wasser
⦁
1 Getränkeflasche (ca. 0,3 l)
⦁
100 ml Wasserstoffperoxid, mind. 6 % (max. 10 %)
⦁
Kunststoffbox, in der die Flasche steht
⦁
Trichter
⦁
Spülmittel
⦁
Lebensmittelfarbstoff
⦁
Becherglas 50 ml
⦁
1 Tüte Trockenhefe
⦁
Feuerzeug
⦁
Schaschlikspieß
⦁
Kamera zum Filmen oder Fotografieren
Schutzmaßnahmen:
Schutzbrille, Schutzkittel und altes Handtuch. Haare zurückbinden, keine baumelnde Kleidung.
Vorbereitung:
1. Jedes Gruppenmitglied benötigt Schreibmaterial.
2. Besorgt euch die Materialien und richtet euren Arbeitsplatz her.
1
Aufbau:
2
Durchführung:
1. Füllt mithilfe des Trichters 100 ml Wasserstoffperoxid (6–10 %) in die Flasche.
2. Entfernt den Trichter und gebt 3–4 Tropfen Lebensmittelfarbe sowie ca. 5 ml Spül- mittel in die Flasche.
3. Füllt das Becherglas halb voll mit warmem Wasser und verrührt darin 1 Teelöffel Backhefe.
4. Gebt die Hefesuspension zügig in die Flasche (evtl. den Trichter zur Hilfe nehmen).
5. Entzündet einen Holzspieß, pustet die Flamme nach etwas Brenndauer wieder aus und haltet die noch glimmende Spitze in den entstehenden Schaum. Wiederholt dies mehrmals.
3
Aufräumen:
Der entstandene Schaum kann verdünnt in den Ausguss gegeben werden.
4
Aufgaben zum Versuch:
1. Zeichnet eine Reihe von Bildern oder nehmt mehrere Fotos des Experiments auf.
2. Entwickelt daraus eine Bildergeschichte, in der ihr beschreibt, was passiert.
5
VORSC
HAU
Lernkontrolle: Würfelmethode
Aufgaben:
1
Schreibt wesentliche Begriffe zu einem bearbeiteten Thema auf den Würfel. (Vorschlä- ge siehe unten.)
2
Schneidet den Würfel entlang der Linien aus, knickt die Kanten und klebt diese zu- sammen.
3
