Ausgezeichnete Chemiestunden Kohlenwasserstoffe

3 Inhaltsverzeichnis

Allgemeines:

Übersicht der H-, EUH- und P-Sätze

Einführung in die Organische Chemie

Organische oder anorganische Chemie? . . . . 6

Besonderheiten des Kohlenstoffatoms . . . . . 13

Modifikationen des Kohlenstoffatoms . . . . 17

Je PPT-Präsentation 6 Gefährdungsbeurteilungen Alkane Methan – Einführung in die Alkane . . . . 23

Homologe Reihe der Alkane . . . . 29

Eigenschaften der Alkane . . . . 33

Isomerie und Benennung der Alkane . . . . 44

Verbrennung von Alkanen . . . . 50

Substitution bei Alkanen . . . . 55

Je PPT-Präsentation 7 Gefährdungsbeurteilungen Alkene Eigenschaften von Ethen . . . . 61

Homologe Reihe der Alkene . . . . 70

Nachweis von Alkenen (Additionsreaktion) . . 73

Je PPT-Präsentation 4 Gefährdungsbeurteilungen Alkanole Alkoholische Gärung . . . . 78

Die funktionelle Gruppe der Alkohole . . . . 86

Die homologe Reihe der Alkanole . . . . 90

Glycerin – ein mehrwertiges Alkanol . . . . 97

Je PPT-Präsentation 8 Gefährdungsbeurteilungen Carbonsäuren Essigsäure – Einführung in die Carbonsäuren 103 Eigenschaften der Carbonsäuren . . . . 108

Je PPT-Präsentation 3 Gefährdungsbeurteilungen Lösungen . . . 114

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Katrin Wiedmeier: Ausgezeichnete Chemiestunden Kohlenwasserstoffe © Auer Verlag

Vorwort

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Diese Handreichung gibt Ihnen Anregungen zur Vermittlung grundlegender Stoffgruppen der Organischen Chemie für die Sekundarstufe I. Die vollständig ausgearbeiteten und praktisch erprobten Unterrichtseinheiten unterstützen Sie optimal bei der Unterrichtsvorbereitung.

Des Weiteren gibt es dazu passendes, editierbares, digitales Zusatzmaterial, für das Sie durch den Kauf des Buches die nötige Lizenz erworben haben.

Im Folgenden finden Sie die nötigen Hinweise zum Umgang mit dem Material, sodass einer direkten Anwendung im Chemieunterricht nichts mehr im Wege steht.

Aufbau und Legenden

Jede Unterrichtseinheit beginnt mit der Beschreibung der Unterrichtssequenz. Hierbei werden folgende Abkürzungen verwendet:

AB Arbeitsblatt

Abb. Abbildung für Tafel oder für Heftaufschrieb DV Demonstrationsversuch der Lehrkraft EP Ergebnisprotokoll

LV Lehrervortrag

PPT PowerPoint-Präsentation S. Schülerinnen und Schüler¹ SF Sozialform

SV Schülerversuch TB Tafelbild / Hefteintrag

Digitale Zusatzmaterialien (ZM)

Das digitale Zusatzmaterial zu dieser Handreichung können Sie sich mithilfe der Anleitung auf der vorderen, inneren Umschlagseite herunterladen. Es umfasst die unterstützenden Power- Point-Präsentationen zu jeder Unterrichtseinheit sowie, falls nötig, die Gefährdungshinweise zu den enthaltenen Schüler- und Lehrdemonstrationsversuchen. Diese Materialien sind alle editierbar.

Verwendung der PowerPoint-Präsentationen

Zu jeder Unterrichtseinheit gehört auch eine unterstützende PowerPoint-Präsentation. Sie dient zum einen dazu, die Konzentration der Schüler zu lenken, und zum anderen, Arbeitsaufträge zu visualisieren. Je nach Anzahl der Denk- bzw. Sprechblasen auf der jeweiligen PPT-Folie können die Schüler schnell erfassen, in welcher Sozialform die Aufgabe bearbeitet werden soll:

Einzelarbeit: eine Denkblase, Partnerarbeit: zwei Sprechblasen, Gruppenarbeit: vier Sprechblasen,

Think-Pair-Share: eine Denkblase und anschließend zwei Sprechblasen.

Ist auf einer PPT-Folie ein Notizblock enthalten, weist er die Schüler darauf hin, dass bei diesem Arbeitsauftrag Notizen zu machen sind.

Die Zeit für einen Arbeitsauftrag ist auf der PPT-Folie immer unten links angegeben. Klicken Sie in der PowerPoint-Präsentation einmal den unten angezeigten Pfeil für „weiter“, so läuft die Zeit wie jeweils angegeben ab, d. h. der Kreis verfärbt sich langsam von Grün nach Rot.

1 Aufgrund der besseren Lesbarkeit ist in diesem Buch mit Schüler auch immer Schülerin gemeint, ebenso verhält es sich mit Lehrer und Lehrerin etc.

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Organische oder anorganische Chemie?

Inhalt und Organisation Medien / Sozialform

Einstieg

S. sollen die Stoffe (PPT) in zwei Gruppen einteilen und ihre Einteilung begründen.

Antwort: Gruppe 1 sind Lebensmittel, Gruppe 2 sind keine Lebensmittel.

L. stellt den Chemiker Berzelius vor (PPT) und erläutert an der Tafel seine Einteilung der Stoffe (TB).

PPT: Folie 1 PPT: Folie 2 TB

S. sollen entscheiden, zu welcher Gruppe diese Stoffe (PPT) gehören.

Antwort: Plastik könnte zur anorganischen Chemie gehören, da Plastik im Labor hergestellt wird, es könnte aber auch der organischen Chemie zugeordnet werden, da es aus Erdöl hergestellt wird und dieses aus organischem Material (Plankton) gebildet wurde.

PPT: Folie 3

Stundenthema: L. fasst Problematik in der Überschrift zusammen (TB):

Ist Plastik eine organische oder eine anorganische Verbindung? TB (Stundenthema) Arbeitsphase 1

Teilziel 1: S. sollen aus den Experimenten ableiten, dass organische

­Verbindungen­immer­aus­Kohlenstoffatomen­aufgebaut­sind.

L. ergänzt die Ansicht von Berzelius mit der Plastikproblematik (TB): Plastik wird im Labor hergestellt, aber das Material stammt von toten Tieren.

TB S. sollen beschreiben, worauf sie bei der Einteilung der Stoffe zu Beginn geachtet haben. Antwort: Einteilung nach Stoffeigenschaften (hier: Essbarkeit).

S. sollen Stoffeigenschaften wiederholen, auf die chemische Stoffe typischer- weise untersucht werden. Antwort: z. B. Wasserlöslichkeit, Dichte, Aggregat zustand, Farbe oder Brennbarkeit

L. greift Brennbarkeit als eine Eigenschaft heraus, die auch Rückschlüsse auf die elementare Zusammensetzung zulässt.

S. sollen in fünf Versuchen (SV 1–5) mehr über die elementare Zusammen-

setzung von organischen und anorganischen Stoffen herausfinden (PPT). SV 1–5

SF: Gruppenarbeit PPT: Folie 4

Ergebnissicherung

Ergebnisse der einzelnen Gruppen werden von der Lehrkraft im Ergebnis- protokoll (EP) zusammengetragen.

S. sollen eine Gemeinsamkeit von organischen Stoffen nennen.

L. ergänzt anschließend an der Tafel (TB). Antwort: Alle organischen Verbindungen enthalten Kohlenstoffatome. Einteilung der Stoffe nach elementaren Bestandteilen.

OHP / Objektkamera EP

TB

Arbeitsphase 2

Teilziel 2: S. sollen einen Versuchsaufbau entwickeln, um nachzuweisen, ob es sich bei Plastik um eine organische oder anorganische Verbindung handelt.

S. sollen den Versuch planen und beschreiben. Antwort: Plastik erhitzen, um herauszufinden, ob eine Schwarzfärbung zu beobachten ist.

L. führt Versuch (DV) im Abzug durch. DV

Ergebnissicherung

S. sollen Plastik entsprechend dem Versuchsergebnis zuordnen.

L. ergänzt anschließend an der Tafel (TB). Mögliche Antwort:

Plastik ist ein organischer Stoff, da es Kohlenstoffatome enthält.

Abschluss

Definition nach Berzelius eindeutig veraltet.

S. sollen wiederholen, woran man heute festmacht, ob eine Verbindung eine organische oder anorganische Verbindung ist. Antwort: Organische Verbindungen enthalten immer Kohlenstoffatome.

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Einführung in die Organische Chemie

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Katrin Wiedmeier: Ausgezeichnete Chemiestunden Kohlenwasserstoffe © Auer Verlag 1: Verbrennen von Gummibärchen Bevor ihr mit dem Versuch beginnt: Notiert hier, wie das Gummibärchen vor dem Experiment riecht: Geräte, Chemikalien und Sicherheit Geräte:Chemikalien:Sicherheit: Spiritusbrenner Aluminiumschale Tiegelzange Schere

Gummibärchen Spiritus Schutzbrille aufsetzen! Becherglas und Löschsand für den Brandfall! Durchführung 1. Zerteilt ein Gummibärchen in der Mitte und legt es in die Aluminiumschale. 2. Zündet den Spiritusbrenner an. 3. Haltet die Aluminiumschale mit dem Gummibärchen mithilfe der Tiegelzange maximal 2 Minuten über die Brennerflamme. Entsorgung Legt alle Chemikalien und Geräte, bis auf den Spiritusbrenner, zurück in die Körbe und bringt sie zum Pult. Aufgaben 1. Beschreibt die Farbe des Verbrennungsproduktes. 2. Beschreibt den Geruch des Verbrennungsproduktes. 3. Wertet den Versuch aus, indem ihr die Farbe des Verbrennungsproduktes deutet: Tipp: Auf welche elementare Zusammensetzung des Gummibärchens lässt das Ver brennungsprodukt schließen?

2: Verbrennen von Kupfersulfat Bevor ihr mit dem Versuch beginnt: Notiert hier, wie das Kupfersulfat vor dem Experiment riecht: Geräte, Chemikalien und Sicherheit Geräte:Chemikalien:Sicherheit: Spiritusbrenner Aluminiumschale Tiegelzange Spatel Kupfersulfat (wasserfrei) Spiritus

Schutzbrille aufsetzen! Becherglas und Löschsand für den Brandfall! Durchführung 1. Gebt einen halben Spatel Kupfersulfat in die Aluminiumschale. 2. Zündet den Spiritusbrenner an. 3. Haltet die Aluminiumschale mit dem Kupfersulfat mithilfe der Tiegelzange maximal 1 Minute über die Brennerflamme. Entsorgung Legt alle Chemikalien und Geräte, bis auf den Spiritusbrenner, zurück in die Körbe und bringt sie zum Pult. Aufgaben 1. Beschreibt die Farbe des Verbrennungsproduktes. 2. Beschreibt den Geruch des Verbrennungsproduktes. 3. Wertet den Versuch aus, indem ihr die Farbe des Verbrennungsproduktes deutet: Tipp: Aus welchen chemischen Elementen besteht Kupfersulfat?

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Einführung in die Organische Chemie

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Besonderheiten­des­Kohlenstoffatoms­

Inhalt und Organisation Medien / Sozialform

Einstieg

S. sollen wiederholen, was nach heutigem wissenschaftlichen Stand einen organischen Stoff ausmacht. Antwort: Alle organischen Stoffe bestehen aus Kohlenstoffverbindungen.

Impuls (PPT): Es gibt 100 000 bekannte anorganische Verbin dungen und 12 Millionen organische Verbindungen.

PPT: Folie 1

S. sollen wiederholen, was diese 12 Millionen Verbindungen gemeinsam haben. Antwort: Sie weisen alle Kohlenstoffatome in ihrer Verbindung auf.

Stundenthema: L. beschreibt das Kohlenstoffatom als etwas Besonderes

und notiert das Stundenthema an der Tafel (TB). TB (Überschrift) Arbeitsphase 1

Teilziel 1: S. sollen die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von Kohlenstoffatomen­ermitteln.

S. sollen mithilfe des PSE Informationen zum Kohlenstoff herauslesen.

L. notiert an der Tafel (TB):

Symbol: C

Protonen: 6 Außenelektronen: 4 Elektronen: 6 Elektronenschalen: 2 Neutronen: 6 Massenzahl: 12

TB (Merkmale C-Atom)

S. sollen ein Kohlenstoffatom in der Elektronenstrukturformel darstellen

(PPT). Ein S. notiert die Lösung an der Tafel (TB). SF: Einzelarbeit PPT: Folie 2

TB (Struktur formel C-Atom)

Impuls: Vergleich ziehen mit etwas, das einige Gemeinsamkeiten hat (z. B. Superheld mit Menschen) (PPT).

S. sollen Vorschläge machen, welche Elemente man mit Kohlenstoffen vergleichen könnte, und ihre Ideen begründen.

Antwort: Man könnte den Aufbau des Kohlenstoffatoms mit dem von Sauer- stoff, Stickstoff und Chlor vergleichen, da alle diese Elemente gleich viele Elektronenschalen, aber unterschiedlich viele Außenelektronen haben.

S. sollen (PPT) mithilfe des Molekülbaukastens in Gruppenarbeit heraus- finden, wie viele Möglichkeiten es gibt, fünf Atome einer bestimmten Atomart miteinander zu verknüpfen (AB). Es dürfen dabei Elektronen ungepaart bleiben. Ihre Ergebnisse notieren die S. auf leere DIN-A4-Blätter.

PPT: Folie 3

PPT: Folie 4

SF: Gruppenarbeit AB (Gruppenaufgabe 1–4) Molekülbaukasten

DIN-A4-Blätter

Ergebnissicherung

Gruppen präsentieren ihre Ergebnisse.

S. sollen aus den Gruppenergebnissen ableiten, was die Besonderheit des Kohlenstoffatoms ist. Antwort: Kohlenstoff hat im Vergleich zu den anderen Elementen in seiner Periode die meisten Bindungsstellen (ungepaarte Elektronen) und damit die meisten Kombinationsmöglichkeiten.

S. sollen die von der Gruppe dargestellten Kohlenstoffverbindungen in drei Gruppen einteilen. Antwort: Fünf Kohlenstoffatome kann man als unverzweigte Kette, verzweigte Kette oder als Ring anordnen / kombinieren.

L notiert die Ergebnisse an der Tafel (TB).

OHP / Objektkamera

TB (Kombinations- fähigkeit)

Arbeitsphase 2

Teilziel­2:­S.­sollen­den­Begriff­Organische­Chemie­ergänzen.

Impuls: An die ungepaarten Elektronen müssen natürlich auch Atome gebunden werden.

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Molekülbaukasten

1. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Sauerstoffatome zu kombinieren.

Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die roten Atome des Molekülbau- kastens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

2. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Stickstoffatome zu kombinieren.

Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die blauen Atome des Molekül- baukastens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

3. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Chloratome zu kombinieren. Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die grünen Atome des Molekülbaukas- tens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

4. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Kohlenstoffatome zu kombinieren.

Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die schwarzen Atome des Mole- külbaukastens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

✀

1. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Sauerstoffatome zu kombinieren.

Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die roten Atome des Molekülbau- kastens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

2. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Stickstoffatome zu kombinieren.

Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die blauen Atome des Molekül- baukastens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

3. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Chloratome zu kombinieren. Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die grünen Atome des Molekülbaukas- tens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

4. Findet möglichst viele Möglichkeiten, fünf Kohlenstoffatome zu kombinieren.

Baut verschiedene Modelle. Verwendet hierzu die schwarzen Atome des Mole- külbaukastens.

Es dürfen freie Bindungsstellen an den Atomen übrig bleiben.

Übertragt eure Modelle in Elektronen- strukturformeln auf das DIN-A4-Blatt.

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Alkane

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Methan – Einführung in die Alkane

Inhalt und Organisation Medien / Sozialform

Einstieg

L. zeigt die Lage des Bermudadreiecks (PPT).

S. sollen Besonderheiten dieses Ortes nennen. Antwort: Schiffe „gehen verloren“, Flugzeuge stürzen ab usw.

L. erklärt, dass Forscher eine mögliche Ursache herausgefunden haben, nämlich das große Methanhydratvorkommen am Meeresboden. Methan- hydrat besteht aus Methan, das im Verlauf der Jahrhunderte durch den hohen Druck am Meeresboden in Eis eingeschlossen wurde.

L. notiert Stundenthema an der Tafel (TB).

Die Abbildungen werden ausgeteilt (Abb. 1) und die S. sollen diese beschriften.

PPT: Folie 1

TB (Überschrift) Abb. 1

Arbeitsphase 1

Teilziel 1: S. sollen den Bau eines Methanmoleküls beschreiben.

S. sollen beschreiben, was man untersuchen muss, um eine Erklärung für die Vorgänge am Bermudadreieck zu finden. Antwort: Die Eigen- schaften von Methan müssen untersucht werden.

L. zeigt eine Gasflasche von Methan, auf die ein Etikett (Abb. 2) aufge- klebt wurde. S. sollen Formel für Methan ablesen und dessen Bedeu- tung erklären, was an der Tafel notiert wird. Antwort: CH₄; Verbindung aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen.

L. zeigt Arbeitsauftrag für Modellbau (PPT) in Gruppenarbeit.

S. präsentieren Gruppenergebnisse.

Die Tetraederform des Methanmoleküls wird diskutiert:

L. leuchtet mit einer Taschenlampe auf ein tetraederförmiges Kugel- modell. S. leiten ab, dass das 3D-Modell des Methanmoleküls auf einer 2D-Ebene eine kreuzähnliche Form hat (TB).

L. gibt den Hinweis, dass die Darstellung als „Kreuz“ aus Gründen der Übersichtlichkeit ab jetzt immer benutzt wird.

präparierte Gasflasche Abb. 2

PPT: Folie 2

SF: Gruppenarbeit Taschenlampe TB (Struktur)

Ergebnissicherung

L. notiert die Ergebnisse zur Struktur (TB). TB (Struktur) Arbeitsphase 2

Teilziel 2: S. sollen typische Eigenschaften von Methan nennen.

L. weist darauf hin, dass nun zwar der molekulare Aufbau des Methans klar ist, aber auch seine Eigenschaften betrachtet werden müssen, damit die Anfangsfrage geklärt werden kann.

L. zeigt Arbeitsauftrag (PPT) und führt DV durch (DV 1). S. ergänzen gleichzeitig das Ergebnisprotokoll (EP).

PPT: Folie 3

DV 1, Versuchsmaterial EP SF: Einzelarbeit

Ergebnissicherung

S. nennen ihre Ergebnisse, L. notiert diese (TB).

L. stellt folgende Beobachtung zur Diskussion: Methan ist nicht in Wasser löslich, Methanhydrat steigt blasenförmig vom Meeresboden auf (geringere Dichte) und verdrängt das Wasser.

Dazu kann ein zusätzlicher DV gezeigt werden (DV 2).

TB (Eigenschaften)

DV 2 Arbeitsphase 3 (Puffer)

Teilziel 3: S. sollen die Verbrennungsgleichung von Methan auf- stellen.

S. sollen das Verbrennungsprodukt nennen, welches dafür verant- wortlich ist, dass die Zylinderwand beschlagen ist. Antwort: Wasser.

L. gibt Kalkwasser in den Zylinder. S. sollen ableiten, welches weitere Verbrennungsprodukt entstanden ist. Antwort: Die Trübung des Kalk- wassers weist auf Kohlenstoffdioxid hin.

L. notiert die Verbrennungsprodukte (TB).

L. zeigt Arbeitsauftrag (PPT). S. sollen in Partnerarbeit die Verbren- nungsgleichung ergänzen.

TB (brennbare Eigenschaften) PPT: Folie 4

SF: Partnerarbeit

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Abbildungen

Abb. 1: Bermudadreieck

Abb. 2: Flaschenetikett

Gefahr

Methan CH ₄

H-Sätze:

220 280

P-Sätze:

210 377 381 403

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Alkane

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Inhalt und Organisation Medien / Sozialform

Einstieg

L. zeigt Abbildung verschiedener Alkane (PPT). S. sollen eine Gemeinsamkeit finden.

Antwort: Alle Verbindungen enden auf -an.

L. erklärt, dass dies ein Hinweis dafür ist, dass alle Stoffe zur Gruppe der Alkane gehören.

L. notiert Stundenthema an der Tafel (TB).

PPT: Folie 1

TB (Überschrift) Arbeitsphase 1

Teilziel 1: S. sollen aus der Reihe der Alkane die Benennungs regeln für Alkane ableiten.

L. weist daraufhin, dass die Gemeinsamkeiten offensichtlich nicht auf der Stoffebene erkennbar sind und deshalb ein Wechsel auf die Teilchenebene notwendig ist.

L. zeigt Arbeitsauftrag (PPT). S. sollen in Partnerarbeit die Aufgaben 1–3 (AB 1) mithilfe der Tabelle (aus TB) bearbeiten.

PPT: Folie 2 SF: Partnerarbeit AB 1 (Aufgaben 1–3) Tabelle (aus TB) Ergebnissicherung

L. bespricht die Aufgaben mit den S. (mithilfe des OHP / der Objektkamera) und führt dabei den Begriff der „gesättigten Kohlenwasserstoffe“ ein.

L. schreibt „Hexan“ an die Tafel (TB).

S. sollen vom Namen „Hexan“ die Summenformel eines Hexanmoleküls ableiten.

Antwort: 6 Kohlenstoffatome, da die Vorsilbe Hex- für 6 steht, und 14 Wasserstoffatome, da nur einfache Bindungen vorliegen.

L. hält die Ergebnisse an der Tafel fest (TB).

OHP / Objektkamera TB (Hexan)

TB (Anzahl der […];

Einfachbindungen […]) Arbeitsphase 2

Teilziel 2: S. sollen aus der Reihe der Alkane die allgemeine Summenformel ableiten­und­den­Begriff­der­homologen­Reihe­beschreiben.

L. zeigt Arbeitsauftrag (PPT). S. sollen in Partnerarbeit Aufgabe 4 (AB 1) wieder mithilfe der Tabelle (aus TB) bearbeiten.

PPT: Folie 3 SF: Partnerarbeit AB 1 (Aufgabe 4) Abb. (aus TB) Ergebnissicherung

L. bespricht mit den Schülern die Aufgabe 4 (mithilfe des OHP / der Objektkamera) und

notiert die allgemeine Summenformel für Alkane an der Tafel (TB). OHP / Objektkamera TB (allgemeine Sum- menformel)

Abschluss

L. erklärt den Fachbegriff der homologen Reihe und ergänzt ihn an der Tafel (TB). TB (homologe Reihe) Puffer

S. sollen mithilfe des Zuordnungsspiels (AB 2) Begriffsgruppen finden, hier Drillinge. AB 2: Kartenset

Hinweise zur Vorbereitung

Lehrermaterial vorbereiten / beachten

Tafelbild (TB) 1x kopieren / ausdrucken

PowerPoint-Präsentation (ZM) auf Stick kopieren (mit Lehrervortrag) Schülermaterial

Abbildung (homologe Reihe) (= Tabelle aus TB) im Klassensatz kopieren

Arbeitsblatt (AB 1) im Klassensatz kopieren

Zuordnungsspiel (AB 2) pro Gruppe 1x Kartenset kopieren; Kärtchen laminieren und zuschneiden

Tipp: Das Kartenset auf buntes, dunkles Papier drucken und dabei die hellste Druckereinstellung wählen. (Ziel: Die Rückseite soll vorne nicht durchscheinen.)

Dauer

Didaktische Hinweise

Arbeitsblatt (AB 1): Es ist darauf zu achten, dass die Schüler nicht vorarbeiten, also in der Arbeitsphase 1 nur die Aufgaben 1–3 bearbeiten, da so die Erarbeitung wesentlich leichter fällt.

Zuordnungsspiel (AB 2):

Hier eignen sich Gruppen mit max. 5 Personen.

Ziel ist es, nicht Paare, sondern Drillinge zu finden.

Homologe Reihe der Alkane

Aufgabe: Trage hier deine Beobachtungen und Auswertungen ein: Ausgangsstoffe Kalkwasserprobe Kalkwasserprobe

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Alkane

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Nimm zur Beantwortung der Aufgaben die homologe Reihe der Alkane (Tabelle) zur Hand.

1: Finde eine Gemeinsamkeit und einen Unterschied im Aufbau der verschiedenen Alkanmoleküle.

2: Jede Bezeichnung für ein Alkan lässt sich in eine Vor- und eine Nachsilbe einteilen.

Finde mithilfe des „Ausschnitts aus den griechischen Zahlwörtern“ heraus, wovon die Vorsilbe abhängt.

Ausschnitt aus den griechischen Zahlwörtern:

Hexa- sechs Deca- zehn

Hepta- sieben Undeca- elf

Octa- acht Dodeca- zwölf

Nona- neun … …

3: Die Verbindung mit der folgenden Strukturformel gehört nicht zur Gruppe der Alkane:

H H

H H C C

Die Verbindung mit dieser Strukturformel gehört zur Gruppe der Alkane:

C H

H H

H C H

H

Vergleiche die beiden Strukturformeln und finde ein weiteres Merkmal, das für die Gruppe der Alkane gilt.

4: Nimm die Tabelle der Alkane zur Hand und bearbeite die Aufgaben:

a) Finde die Unterschiede zwischen den Summenformeln von Propan und Butan.

TIPP: Der gleiche Unterschied muss auch bei Pentan und Hexan vorhanden sein.

b) Leite eine allgemeine Regel ab, wodurch sich ein Alkanmolekül in der Tabelle vom darauf- folgenden unterscheidet.

c) Ergänze die allgemeine Summenformel der Alkane:

C _n H _n +

Hinweis: n = Anzahl der C-Atome

1: Den Geheimnissen der Alkane auf der Spur

Pent an

Vorsilbe

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Methan CH

H

H

Ethan C

H

H

H C H

H

Propan C

H

H

H C H

H C H

H

Butan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H

Pentan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

Hexan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

Heptan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

Octan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

Nonan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

Decan C

H

H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

2: Zuordnungsspiel Alkane

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Alkane

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Einstieg

L. zeigt die Einstiegsbilder (PPT). S. sollen die Stoffe in zwei Gruppen einteilen und ihre Einteilung begründen. Antwort: Einteilung z. B. nach Aggregatzustand bei RT, Farbe.

L. fasst zusammen, dass ein Chemiker Stoffe anhand deren Eigen- schaften einteilen und erkennen kann.

S. sollen wiederholen, mit welcher Gruppe von Stoffen man sich aktuell beschäftigt. Antwort: Mit den Alkanen.

L. zeigt homologe Reihe (PPT), erklärt, dass heute die Eigenschaften der Alkane näher betrachtet werden, und notiert die Überschrift (TB).

PPT: Folie 1

PPT: Folie 2 TB (Überschrift) Arbeitsphase 1

Teilziel 1: S. sollen erklären, dass für die steigenden Siedepunkte innerhalb der homologen Reihe der Alkane die steigenden Van- der-Waals-Kräfte verantwortlich sind.

L. zeigt Diagramm „Siedepunkte der Alkane“ (PPT).

S. sollen beschreiben, welcher Trend in Bezug auf die Alkane in der Grafik zu beobachten ist. Antwort: Mit zunehmender Anzahl an C-Atomen steigt der Siedepunkt.

L. notiert Beobachtung an der Tafel (TB). S. bekommen Abb. 1 und sollen diese ins Heft kleben (TB).

L. nennt zwischenmolekulare Wechselwirkungen (= Kräfte, die die Moleküle zusammenhalten) als Grund für diesen Trend.

S. sollen sich während des Lehrervortrags (LV, PPT) den Namen dieser zwischenmolekularen Wechselwirkungen notieren und beschreiben können, wie diese entstehen.

L. demonstriert im Demonstrationsversuch (DV) (Modell) die Wirkung der Van-der-Waals-Kräfte. S. sollen daraus ableiten, weshalb die Stärke der Van-der Waals-Kräfte mit der Kettenlänge steigt. Antwort:

Durch die zunehmende Oberfläche liegen mehr Wechselwirkungen vor.

PPT: Folie 3

TB Abb. 1: Siedepunkte

PPT: Folien 4–9 LV, SF: Einzelarbeit DV (Modellversuch)

Ergebnissicherung

L. notiert die Wirkung der Van-der-Waals-Kräfte und markiert diese in

der Abb. 2 (TB). TB

Abb. 2: Van-der-Waals-Kräfte Arbeitsphase 2

Teilziel 2: S. sollen die Brennbarkeit von Alkanen ermitteln.

S. sollen weitere typische Stoffeigenschaften nennen, die in Bezug auf die Gruppe der Alkane untersucht werden könnten. Antwort: Brennbar- keit, Löslichkeit usw.

L. greift Brennbarkeit und Löslichkeit aus den Vorschlägen auf und notiert diese (TB).

L. erklärt (PPT), dass die S. nun in Schülerversuchen (SV­1 / 2) heraus- finden sollen, inwiefern diese Eigenschaften in Bezug auf die Gruppe der Alkane zu beobachten sind.

TBPPT: Folie 10 SF: Gruppenarbeit SV 1 / 2

Ergebnissicherung

S., die sich mit der Brennbarkeit beschäftigt haben, präsentieren ihr Ergebnis.

S. aus dem Plenum sollen nach dem Vortrag erklären, wie der stei- gende Flammpunkt innerhalb der homologen Reihe der Alkane zu erklären ist. Antwort: Mit der Kettenlänge steigen die wirkenden Van-der- Waals-Kräfte und damit muss mehr Energie aufgewandt werden (Tempe- ratur), damit ein brennbares Gas vorliegt.

L. notiert die Ergebnisse an der Tafel (TB).

S. sollen als Hausaufgabe die Verbrennungsgleichungen für Pentan und Dodecan angeben. (Evtl. Verbrennungsprodukte Wasser und Kohlen- stoffdioxid vorgeben!)

TB (Brennbarkeit)

Eigenschaften der Alkane

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Alkane

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Abbildungen

Abb. 1: Tabelle der Siedetempera- turen der Alkane

Abb. 1: Tabelle der Siedetempera- turen der Alkane

Abb. 2: Van-der-Waals-Kräfte

C H H

H H

C

H H

C H H

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H C H H

H H

C

H H

C H H

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H

Abb. 2: Van-der-Waals-Kräfte

C H H

H H

C

H H

C H H

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H C H H

H H

C

H H

C H H

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H

C

H H

Merksatz:

„Ähnliches löst sich in Ähnlichem!“

Merksatz:

„Ähnliches löst sich in Ähnlichem!“

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Chemikalien und Geräte

Geräte: Chemikalien: Sicherheit:

Becherglas Reagenzglas

Reagenzglasständer Stopfen

Pipette

n-Heptan Olivenöl

Schutzbrille aufsetzen!

Durchführung

1. Stellt den Reagenzglasständer vor euch auf. Im Reagenzglas befindet sich ca. 1 cm hoch oder 1 cm³ Olivenöl.

2. Tropft nun mittels der Pipette aus dem Becherglas ca. 1 cm hoch oder 1 cm³ Heptan auf das Olivenöl.

3. Setzt den Stopfen auf das Reagenzglas und schüttelt 5x kräftig.

Achtung: Stopfen beim Schütteln festhalten und dabei das Reagenzglas nicht in die Rich- tung einer Person halten!

4. Entfernt den Stopfen kurz vom Reagenzglas, um den Überdruck zu entlassen, und setzt dann den Stopfen wieder auf das Reagenzglas.

5. Stellt das Reagenzglas in den Reagenzglasständer und betrachtet nach ca. 1 Minute, ob sich die Flüssigkeiten gemischt haben.

Beobachtung

1. Zeichnet hier ein, was ihr im Reagenzglas beobachtet:

2. Notiert, ob es zu einer Mischung der beiden Flüssigkeit kommt.

Austausch mit der Partnergruppe:

Eure Partnergruppe (s. farbigen Punkt oben) hat einen ähnlichen Versuch durchgeführt. Tauscht euch gegenseitig über eure Beobachtungen aus und bearbeitet dann gemeinsam die Erklärung der Versuchsergebnisse!

1b: Löslichkeit von Alkanen in Olivenöl

Heptan

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Alkane

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Katrin Wiedmeier: Ausgezeichnete Chemiestunden Kohlenwasserstoffe © Auer Verlag

Tippkarten

Tipp 1

Grundsatz zur Brennbarkeit:

Nur Gase brennen!

Tipp 2

Der Flammpunkt eines Stoffes ist

die niedrigste Temperatur , bei

der sich über einem Stoff ein

zündfähiges Dampf-Luft- Gemisch bilden

kann.

Tipp 3 Erwärmt man eine brennbare

Flüssigkeit bis zu ihrem Flamm- punkt, entsteht ein entzündbares

Dampf-Luft- Gemisch.

Tipp 1

Grundsatz zur Brennbarkeit:

Nur Gase brennen!

Tipp 2

Der Flammpunkt eines Stoffes ist

die niedrigste Temperatur , bei

der sich über einem Stoff ein

zündfähiges Dampf-Luft- Gemisch bilden

kann.

Tipp 3 Erwärmt man eine brennbare

Flüssigkeit bis zu ihrem Flamm- punkt, entsteht ein entzündbares

Dampf-Luft- Gemisch.

Tipp 1

Grundsatz zur Brennbarkeit:

Nur Gase brennen!

Tipp 2

Der Flammpunkt eines Stoffes ist

die niedrigste Temperatur , bei

der sich über einem Stoff ein

zündfähiges Dampf-Luft- Gemisch bilden

kann.

Tipp 3 Erwärmt man eine brennbare

Flüssigkeit bis zu ihrem Flamm- punkt, entsteht ein entzündbares

Dampf-Luft- Gemisch.

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