Thema heute: Einführung in die RedOx- · PDF fileUNTERRICHTSENTWURF "EINFÜHRUNG IN...

Unterrichtsentwurf

für die 1. beratende Lehrprobe im Fach Chemie

Klasse: 8d

Schule: Realschule Karlsbad

Datum: 17. Juni 1999

1125-1210

Anwärter: Jürgen Haller

Mentor: Herr Endrejat

Lehrbeauftragter: Herr Müller

Thema heute:Einführung in die RedOx-Reaktionam Beispiel der

Reduktion von

Kupferoxid mit

Kohlenstoff

UNTERRICHTSENTWURF "EINFÜHRUNG IN DIE REDOX-REAKTION"

VON JÜRGEN HALLER SEITE 2 VON 17

Inhaltsverzeichnis

1. Analytischer Teil_______________________________________________________ 2 1.1 Situationsanalyse__________________________________________________________ 2

1.1.1 Die Realschule Karlsbad ________________________________________________________ 2 1.1.2 Der Chemiesaal _______________________________________________________________ 3 1.1.2 Die Klasse 8d ________________________________________________________________ 3 1.1.3 Allgemeine Lernvoraussetzungen _________________________________________________ 4

1.2. Sachanalyse ______________________________________________________________ 4

1.3. Didaktische Analyse _______________________________________________________ 7 1.3.1 Lernziele ____________________________________________________________________ 7 1.3.2 Bezüge zum Bildungsplan_______________________________________________________ 8 1.3.3 Begründung der Inhaltsauswahl __________________________________________________ 8 1.3.4 Didaktische Struktur des Inhalts __________________________________________________ 9

2. Methodische Entscheidung ________________________________________________ 9

3. Verlaufsplan___________________________________________________________ 12

4. Anhang _____________________________________________________________ 13 4.1 Overheadfolie ___________________________________________________________ 13

4.2 Literatur _______________________________________________________________ 13

4.3 Arbeitsblätter (zuerst Lösungsblatt) _________________________________________ 14

1. Analytischer Teil

1.1 Situationsanalyse

1.1.1 Die Realschule Karlsbad Die Realschule Karlsbad befindet sich in Langensteinbach, das zusammen mit Auerbach, It-tersbach, Mutschelbach und Spielberg das Konstrukt „Karlsbad“ bildet. Das Schulzentrum, zu dem neben der Realschule noch eine Grund- und Hauptschule und ein Gymnasium gehört, liegt auf einem Hügel am Ortsrand von Langensteinbach, am Ortsausgang Richtung Wald-bronn. Da die 4 Schulen zu einem Schulzentrum zusammengefasst sind, werden zentrale Ein-richtungen wie Sporthalle, Pausenhof und Bibliothek gemeinsam genutzt. Gymnasium und Grundschule befinden in sich in getrennten Gebäuden, die Realschule teilt sich mit der Haupt-schule ein größeres Schulhaus, wobei Realschule und Hauptschule ursprünglich in getrennten Gebäudeteilen untergebracht waren. Wegen der zunehmenden Schülerzahlen in den letzten Jahren, mussten jedoch einige Klassen aus der Realschule in Räume der Hauptschule ausge-gliedert werden. Ebenso wird der separate Gebäudekomplex, in dem sich die Aula und die Bibliothek befinden und ursprünglich dem Gymnasium zugedacht war, für Klassen der Real-schule reserviert.



1.1.2 Der Chemiesaal Der Chemiesaal der Realschule Karlsbad liegt im Erdgeschoß des Schulhauses, zwischen Haupt- und Realschule. Er besitzt eine Fensterfront zu einem kleinen Innenhof mit weit zu öffnenden Fenstern. Eine Möglichkeit in diesen Innenraum zu gelangen ist durch den Lehrer-vorbereitungsraum. Die weiteren Türen z. B. von den Gängen sind üblicherweise verschlos-sen, dieser Platz wird von den Chemielehrern gerne als Alternative zum Arbeiten im Abzug genutzt, da hier die Schüler gefahrlos (durch die geschlossenen Fensterscheiben) den Versu-chen zuschauen können. (Hier wird z.B. der klassische Thermitversuch in einer der darauffol-genden Unterrichtsstunden stattfinden). Im hinteren Teil des Zimmers sind Schränke für Schülerversuchsmaterialien aufgebaut. Feuerlöscher und Löschdecken befinden sich unmit-telbar neben der Tür zum Vorbereitungsraum.

1.1.2 Die Klasse 8d Die Klasse 8d besteht aus 26 Schülern, 18 Jungs und 8 Mädchen. Der Leistungsstand der Klasse ist durchweg als durchschnittlich zu bezeichnen. Im letzten Kalenderjahr kamen acht Schülerinnen und Schüler neue in die Klasse hinzu, was dazu führte, dass sich keine Klas-sengemeinschaft im eigentlichen Sinn entwickelte. Von der Klassenlehrerin wurde mir berich-tet, dass es Probleme im Sozialverhalten innerhalb der Klassen gäbe und man sich überlege, ob therapeutische Maßnahmen zu ergreifen wären. In meinem Unterricht treten diese massi-ven Probleme jedoch nicht auf . In meinen Augen handelt es sich bei der 8d um eine zwar unruhige, aber nicht unbedingt sehr negativ auffallende Klasse. Lediglich Sebastian, der in der zweiten Reihe links außen sitzt, fällt durch seine Passivität und Unsicherheit auf. Mir wurde berichtet, dass er aufgrund seines Verhaltens größerer Probleme innerhalb der Klasse hatte und er regelrecht gemobbt wurde. Eine Vorreiterrolle hierbei spielten wohl die Jungs in der ersten Reihe rechts. Jedoch, wie schon gesagt, traten in meinen Unterrichtsstunden diese Probleme noch nicht auf. Bei von mir durchgeführten Schülerversuchen zeigte sich jedoch, dass die Schüler und hier besonders die männlichen Schüler, nicht fähig sind, selbständig und vor allem selbstverant-wortlich zu handeln. Bei ersten Schülerversuchen gingen sie fahrlässig mit dem Kartuschen-brenner und bereitgestellten Chemikalien um. Sie zeigten keinen Respekt vor Schuleigentum, indem sie z.B. aus Glimmspänen kleine Scheiterhaufen bauten und diese auf dem normalen Arbeitstisch (!) anzündeten. Ironischerweise hatten sie zuvor so viel Wasser verschüttet, so dass keine bleibenden Brandschäden blieben. Von dieser Erfahrung geprägt ist es meiner Meinung nach sinnvoll, in einer Lehrprobe auf Schülerversuche zu verzichten. Auch Grup-penarbeiten haben in meinem Unterricht nicht den gewünschten Erfolg gezeigt, da immer wieder ein Gruppe Schüler die Gelegenheit nutzt, um sich und damit auch den Rest der Klas-se abzulenken. Für mich folgt daraus, dass in der Lehrprobe ein eher frontaler, aber dennoch schülerzentrierter Unterrichtsstil vorherrschen sollte. Einzelne Schüler an das Lehrerpult vor-kommen und dort Versuche durchführen zu lassen, zeigte sich als ein guter erster Schritt hin zum selbsttätigen, eigenverantwortlich Handeln, da hier auch die Schüler, die sonst in ihrer Gruppe zu keinem ordentlichen Versuch in der Lage wären, sich vor der Klasse (und dem Lehrer) nun nicht blamieren wollen und dadurch sehr vernünftig die Versuche durchführen. Dies zeigt, dass die Schüler, auf die dieses (Problem-) Verhalten zutrifft, eigentlich in der Lage und fähig wären, Schülerversuche durchzuführen, ihnen ihr Sozialverhalten jedoch ei-nen Strich durch die Rechnung macht.



1.1.3 Allgemeine Lernvoraussetzungen Die Schüler befinden sich in dieser Altersstufe auf der Suche nach Selbständigkeit und Selbstbestimmung. Diese Entwicklungen können durch Mitbestimmung der Unterrichtsinhal-te und der Verfahren deutlich positiv beeinflußt werden. Es bilden sich Gruppen die sich be-wußt von anderen abgrenzen. Zum einen können diese Gruppen bei einer Gruppenarbeit er-folgreich sein, aber auch spontane Gruppenbildung und führen zu einer aktiven Auseinander-setzung mit anderen Gruppen. Der Entwicklungsstand der Schüler läßt das Denken in forma-len Strukturen und komplexeren Zusammenhängen zu. Mit dem neuen Fach Chemie werden neue Anforderungen an die Schüler gestellt. Sie beobachten, hinterfragen und analysieren Phänomene aus dem Alltag und der Natur. Die Erweiterung der Methodenkompetenz findet in dieser Klassenstufe ihren Schwerpunkt im naturwissenschaftlichen Bereich. Unter Anleitung führen die Schüler Experimente durch. Dazu sind jedoch einige Arbeitstechniken wie z. B. Beobachten, Planen, Analyse und Schlußfolgerungen notwendig. Das Interesse an den neuen naturwissenschaftlichen Fächern ist sehr unterschiedlich ausge-prägtem, einige bringen sehr großes Interesse mit, bei anderen bedarf es an einigen Motivati-onshilfen. Die Bewältigung diese Spannungsbogens ist wohl eine der schwierigsten Aufgaben im Fach Chemie.

1.2. Sachanalyse Der Begriff Oxidation wurde ursprünglich für Reaktionen verwendet, bei denen sich Sauer-stoff mit anderen Substanzen verbindet, und unter Reduktion verstand man die Entfernung von gebundenem Sauerstoff aus einer Verbindung. Die heutige Definition ist allgemeiner und hat Bezug zu den Oxidationszahlen. Eine Oxidation ist ein Prozeß, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden, bei einer Reduktion werden ihm Elektronen zugeführt. Ein Elektron, das einem Atom entzogen wird, muß nicht völlig von ihm entfernt werden; es genügt, wenn eine polare kovalente Bindung mit einem elektronegativeren Atom geknüpft und die Bindungselektronen dadurch nur partiell abgezogen werden. Entsprechend liegt eine Reduktion bereits vor, wenn eine kovalente Bin-dung mit einem elektropositiveren Atom eingegangen wird. Diese Aussagen sind gleichbe-deutend mit folgender Definition: Eine Oxidation ist ein Prozeß, bei dem die Oxidationszahl eines Atoms erhöht wird; bei einer Reduktion wird die Oxidationszahl erniedrigt. Bei der Re-aktion von Schwefel mit Sauerstoff entsteht SO2, dabei nimmt die Oxidationszahl des Schwe-felatoms von Null nach + IV zu, der Schwefel wird oxidiert; die Oxidationszahl der Sauer-stoffatome erniedrigt sich von Null auf -II, Sauerstoff wird reduziert. Bei der Reaktion von SO2 mit H2O zu H2SO4 findet weder eine Oxidation noch eine Reduktion statt, alle Oxidati-onszahlen behalten ihren Wert. Weder eine Oxidation noch eine Reduktion können für sich alleine auftreten. Elektronen, die von einem Atom abgezogen werden, werden anderen Atomen zugeführt. Wegen dieser stets vorhandenen Kopplung von Oxidation und Reduktion sprechen wir von Reduktions-Oxidations- Reaktionen und nennen sie kurz Redox-Reaktionen. Dabei muß insgesamt die Oxidationszahlerhöhung genauso groß sein wie die Oxidationszahlerniedrigung. Im Beispiel der Reaktion von Schwefel mit Sauerstoff nimmt die Oxidationszahl des Schwefels um vier zu; bei jedem Sauerstoffatom wird sie um zwei erniedrigt; bei zwei Sauerstoffatomen in der Reaktionsgleichung macht das eine Gesamterniedrigung um vier aus. Die Substanz, die dem Reaktionspartner die Elektronen entzieht und damit dessen Oxidation bewirkt, nennen wir das Oxidationsmittel; es wird selbst reduziert. Umgekehrt wirkt eine Substanz, die selbst oxidiert wird, als Reduktionsmittel. Im Beispiel der Reaktion von



Schwefel mit Sauerstoff ist Schwefel das Reduktionsmittel und Sauerstoff das Oxidationsmit-tel. Reaktionsgleichungen, bei denen Redox-Prozesse beteiligt sind, sind meist schwieriger zu formulieren als andere Reaktionsgleichungen. Beim Formulieren von Redox-Reaktionen kommt es darauf an, die Zahl der vom Reduktionsmittel abgegebenen und die Zahl der vom Oxidationsmittel aufgenommenen Elektronen auszugleichen. Anders gesagt, es ist dafür zu sorgen, daß die gesamte Oxidationszahlzunahme der gesamten Oxidationszahlabnahme ent-spricht. Zusätzlich muß, wie immer, die Anzahl und Art der Atome sowie die Summe der Ionenladungen auf beiden Seiten der Gleichung gleich groß sein. Um Redox- Gleichungen zu formulieren, geht man in drei Schritten vor: 1. Reaktanden und Produkte, die an der Reduktion und Oxidation beteiligt sind, sind als erstes alle anzugeben; für sie werden die betreffenden Oxidationszahlen ermittelt. 2. Das Zahlenverhältnis, in dem Reduktionsmittel und Oxidationsmittel miteinander reagie-ren, wird bestimmt, indem die Oxidationszahlzunahme und die Oxidationszahlabnahme ba-lanciert werden. 3. Die Summe der Ionenladungen und die Anzahl anderer Atome auf beiden Seiten der Glei-chung wird ausgeglichen. Um die Ionenladungen in wäßriger Lösung auszugleichen, dienen H+- und OH--Ionen. In den folgenden Beispielen wird der physikalische Zustand der beteiligten Stoffe nicht ange-geben und an Stelle von H3O+ oder H+ (aq) wird H+ geschrieben. Die Reaktionsgleichung

Fe3+ + S2- → Fe2+ + S ist falsch, obwohl die Anzahl der Fe- und S-Teilchen auf beiden Seiten der Gleichung über-einstimmt. Dies ist erkennbar, wenn man die Summen der Ionenladungen auf beiden Seiten zusammenzählt: links ergibt sich 1+, rechts jedoch 2+. Die Gleichung ist falsch, weil die Oxi-dationszahlzunahme und die Oxidationszahlabnahme nicht ausgeglichen sind, d, h. die Anzahl der abgegebenen und der aufgenommenen Elektronen stimmt nicht überein:

e- + Fe 3+ → Fe2+ Reduktion S2- → S + 2e- Oxidation

Zum Ausgleich kommen wir, wenn die erste Teilgleichung doppelt genommen wird: 2e- + 2Fe3+ → 2Fe2+ S 2-→ S +2e-

2Fe3+ + S 2- → 2Fe2+ + S Die Balance der Oxidationszahländerungen kann immer mit Hilfe von Teilgleichungen die-ser Art ermittelt werden. Die Zahl der aufgenommenen Elektronen entspricht der gesamten Oxidationszahlzunahme, die der abgegebenen Elektronen entspricht der gesamten Oxidati-onszahlabnahme. Die RedOx-Gleichung ist jedoch schneller ohne die Teilgleichungen for-muliert. Man ermittelt, um wieviele Einheiten die Oxidationszahl des Reduktionsmittels zu-nimmt und schreibt die entsprechende Zahl vor die Formel des Oxidationsmittel; dann be-stimmt man um wieviele Einheiten sich die Oxidationszahl des Oxidationsmittels erniedrigt



und schreibt die entsprechende Zahl vor die Formel des Reduktionsmittels. (vgl. Mortimer, Charles E., 1987: Chemie-Das Basiswissen der Chemie; Stuttgart, S.214ff) Wissenswertes zu Kupfer Kupfer gehört zu den selteneren Elementen, in der festen Erdkruste liegt es in einer Häufigkeit von 0,070 ‰ vor und steht allgemein an der 48.Stelle der Elementhäufigkeit. Kupfer tritt sowohl gediegen als häufig auch in Form von Erze auf, diese können in Lagerstätten dann abgebaut und verhüttet werden. Die wichtigsten Kupfererze sind Sulfide, Oxide und Carbonate so z.B. Chalkopyrit (Kupferkies, CuFeS2), Cuprit (Rotkupfererz, Cu2O) und basische Kupfererzcarbonate (Malachit, Cu2(OH)2(CO3)). Hauptabbaugebiete dieser Erze sind USA, Kanada, die GUS, Chile, Zaire und Simbabwe. Historisch gesehen ist zu bemerken, dass die Entdeckung von Kupfer bereits 8000 v.Chr, in gediegener Form überliefert ist und schon in der Jungsteinzeit als Werkmetall verwendet wurde. Aus diesem Grund sind auch Schmuckstücke aus Kupfer die ältesten Metallgegenstände, die man bisher gefunden hat. In Ägypten war Kupfer (Kupferzeit 5000 – 3000 v.Chr.) schon vor 4000 v.Chr, für Schmuck und Gefäße in Gebrauch. Aus der Zeit um 2500 v. Chr. wurde in einem ägyptischen Tempel eine 400 m lange Wasserleitung aus Kupfer gefunden. Die Reaktion von Kupfererzen, beispielsweise Malachit, mit Holzkohle war schon um 4000 v. Chr. bekannt, wie Ausgrabungen von Schmelzeinrichtungen auf der Sinai-Halbinsel (heutiges Ägypten) belegen. Kupfererz wurde in Steinmörsern zerkleinert und das Pulver mit Holzkohle vermischt. In Schmelzöfen wurde das Gemisch erhitzt, Kupfer erschmolzen und die Schlacke abgestochen. Im weiteren Verlauf fand vor allem schnell der Zusatz von Zinn, Blei oder Arsen Anwendung, da die Legierung der Bronze härter und für Waffen und Werkzeuge besser geeignet war (Bronzezeit). In Mitteleuropa wurden Metalle erst verhältnismäßig spät verwendet (Beginn der Bronzezeit ca. 2000 v. Chr.). Die Gewinnung von Kupfer durch die Reduktion stellt für die Menschheit einen markanten Entwicklungsschritt dar. (vgl Dehnert,K./ Jäckel,M.,1979: Allgemeine Chemie; Hannover)



1.3. Didaktische Analyse

1.3.1 Lernziele Übergeordnetes pädagogisches Lernziel: Die Schüler sollen zu Selbständigkeit, Selbstorganisation und problemlösendem Denken und damit zu Einsichten in komplexere Sachzusammenhänge angeregt werden und ihre Kompe-tenzen im Bereich der Kommunikation und Kooperation fördern. Richtziele des Fachs Chemie: Die Schüler sollen durch das von einem Mitschüler exemplarisch durchgeführte Experiment Einsichten in die Stoffumwandlungen erhalten und sich dabei in der chemischen Denkweise üben. Mit der vorliegenden Stunde werden konkret folgende Feinziele verfolgt: kognitiv: Die Schüler sollen • das Beobachten, Beschreiben und Auswerten im Sinne naturwisenschaftlichenr Arbeits-

weise üben und vertiefen. • erkennen, dass Kohlenstoff dem Kupferoxid den Sauerstoff entreißt und dadurch Kupfer

und Kohlenstoffdioxid entsteht. • Reaktionsgleichungen (Wortgleichungen und Formelgleichungen) aufstellen und diese

deuten können. • den Begriff Oxidation richtig anwenden können und den Begriff Reduktion als Abgabe

vin Sauerstoff kennen lernen. • wissen, dass eine Redox-Reaktion eine Reaktion ist, bei dem Sauerstoff zwischen zwei

Partnern ausgetauscht wird. • sich erneut bewußt werden, dass die Trübung von Kalkwasser eine Nachweisreaktion für

Kohlenstoffdioxid ist. • in der Lage sein, aus einer gegebenen Situation den Urzustand (vor der Reaktion) wieder-

herstellen zu können und den Versuch anhand der Versuchsbeschreibung reproduzieren können.

psychomotorisch: Die Schüler sollen • ihre methodischen Kompetenzen im Umgang mit Versuchsanleitungen vertiefen affektiv: Die Schüler sollen • erkennen, dass Chemie etwas spannendes sein kann und auch philosophische Fragen in

der Chemie eine Rolle spielen sozial: Die Schüler sollen • sich im Klassenverband selbst bei der Lösungsfindung organisieren. • gemeinsam eine Problemlösung finden. • das "Spiel" mitspielen und auch in dem Fall, dass sie mit der Situation grundsätzlich

nichts anfangen können, bereit sein, sich konstruktiv am Unterricht zu beteiligen.



1.3.2 Bezüge zum Bildungsplan Der Chemieunterricht vermittelt den Schülerinnen und Schülern Einsichten in Stoffe, Stoffeigenschaften und Stoffumwandlungen sowie deren Ursachen [Bildungsplan, Fachpapier Chemie S. 25]. Der Unterrichtsgegenstand verfolgt diese Intention insoweit, als dass die Schülerinnen und Schüler erkennen, wie aus einem Metalloxid ein Metall gewonnen, dass also die chemische Oxidation wieder rückgängig gemacht werden kann. Des weiteren sollte der Chemieunterricht zum vertieften Verstehen unserer Umwelt, die in erheblichem Maße von Stoffen, chemischen Vorgängen (Stoffumwandlungen) und Gesetzmäßigkeiten der Chemie in Natur und Technik geprägt ist, beitragen. [Bildungsplan, Fachpapier, S. 25]. Diese Unterrichtsthematik, welche eine Einführungsstunde in die Redoxreaktion darstellt, kann wesentliche Prinzipien von Metalldarstellungsverfahren und so das Verständnis von großtechnischen Prozessen vorbereiten. Ein wichtiges Ziel des Chemieunterrichts ist es, zur Entwicklung systematischen Denkens [Fachpapier] anzuregen. Diesem wichtigen Ziel versucht diese, hier vorgestellte Unterrichtsstunde insofern nachzukommen, als dass die Schülerinnen und Schüler zu Beginn innerhalb einer Motivationsphase eine Situation vorfinden, deren Sinn und wissenschaftlicher Hintergrund zu Beginn noch unbekannt ist und sich erst im Laufe der Unterrichtsstunde erschließt. Mittelpunkt der Stunde sollte schließlich ein Schülerexperiment stehen, das als Erkenntnisgewinnung und als Erarbeitungsexperiment sowohl als auch zur Einübung der chemischen Denk- und Arbeitsweise eine wichtige Funktionen im Chemieunterricht leistet [Fachpapier]. Anhand des Arbeitsblattes wird logische Vorgehen im Chemieunterricht eingeübt, wobei in diesem speziellen Fall eine weitere Schwierigkeiten hinzukommt, Schülerinnen und Schüler sollen nämlich von ihrem gewohnten Denkstrukturen abweichen und eigene, neue Lösungswege finden.

1.3.3 Begründung der Inhaltsauswahl Metalle sind die wichtigsten Gebrauchsgegenstände des Menschen. Da gerade diese (wie Kupfer und Eisen) jedoch seltener gediegen, sondern häufig in ihren Erzen gebunden aufreten, sollten die Schülerinnen und Schüler im Chemieunterricht vermittelt bekommen, wie aus diesen Verbindungen die Elemente gewonnen werden können. Die Gewinnung von Kupfer aus seinem Oxid kann somit exemplarisch für die Reduktion von Metalloxiden stehen, die Schülerinnen und Schüler können damit ihr Wissen übertragen auf andere technische Vorgänge, wie beispielsweise die Eisengewinnung im Hochofenprozess. Der Unterrichtsinhalt ist auch von der lernpsychologischen Seite her sinnvoll, da so eine immanente Festigung stattfinden kann. Die Begriffe, welche sich im chemischen Denken der Schülerinnen und Schüler festigen sollten, wie Element, Verbindung, Oxidation bzw. Analyse (Zerlegung einer Verbindung), werden auf diese Weise in anderem Zusammenhang wiederholt und vertieft, bzw. durch den Begriff der Reduktion erweitert. Die Reduktion eines Oxids ist meines Erachtens, und damit die gesamte Einheit der “Gewinnung der Metalle" auch insofern didaktisch legitim, weil die Schülerinnen und Schüler ihr chemisches Wissen und Denken erweitern, da sie so erkennen, dass die Oxidation eines Element nicht endgültig ist. Bis jetzt lernten sie, dass die Aufnahme von Sauerstoff zu Oxiden führt, dass dies durch geeignete Elemente wieder rückgängig gemacht werden kann, fördert somit anspruchsvolle kognitive Strukturen und damit auch tiefere Einsichten in komplexe Sachzusammenhänge [Bildungsplan, S. 10], da von den Schülerinnen und Schülern in dieser Phase erkannt werden muss, dass eine Sauerstoffabgabe und -aufnahme bzw. ein Austausch des Sauerstoffs stattfindet. Somit ist der Lerngegenstand auch kategorial von hohem Bildungsgehalt. Der Unterrichtsgegenstand der Redoxreaktion kann auch für weiterführende Inhalte und Lernziele des Faches Chemie grundlegend sein. So wird in der Jahrgangstufe 9 bei der Elektrolyse im Rahmen der Ionenbindungen die Elektronenabgabe und -aufnahme behandelt, was zu dem erweiterten Redox- Begriff als Elektronenübergagn führt (LPE 1). Hier sollte meines Erachtens auch ein Bezug zur Technik, beispielsweise der Gewinnung von Reinkupfer oder



Aluminium im Rahmen der Elektrolyse gezogen werden. (vgl. Unterrichtsentwurf K.Sillerbeck vom 14.5.98)

1.3.4 Didaktische Struktur des Inhalts Die Schülerinnen und Schüler kennen aus den vorangegangenen Stunden den Begriff der O-xidation und verbinden ihn bei Metallen und Nichtmetallen mit der Aufnahme von Sauerstoff. Hierzu wurden unterschiedliche Versuche als Lehrerversuche durchgeführt. So z.B. die Reak-tion von Sauerstoff mit Kupfer, Eisen und Aluminium, aber auch mit Nichtmetallen wie Koh-lenstoff, Schwefel und Wasserstoff. Speziell die Reaktion mit Kohlenstoff wurde im Rahmen einer Wiederholung von Nachweisverfahren in der Chemie (Glimmspanprobe, Knallgasreak-tion, Fehlingsche Probe und Stärkenachweis mit Kaliumjodid) wiederholt. die Tatsache, dass nur CO2 Kalkwasser trübt, müsste den Schülern also bekannt sein. Zuvor wurde das Aufstel-len von einfachen Reaktionsgleichungen und das damit verbundenen Ausgleichen der Reakti-onsgleichung geübt. Da in dieser Einführungsstunde mehr der Begriff der Reduktion und der damit verbundene chemische Begriff der Redox-Reaktion im Mittelpunkt stehen soll, wird deshalb nicht zuerst die Gewinnung eines Metalls aus seinem Oxid und seine Bedeutung für die Menschheit angesprochen, sondern es wird der chemische Vorgang der Reduktion zum Hauptthema gemacht. An dieser Stelle wären weiter Einstiegsexperimente zu nennen. • Kupferoxid wird mit Eisenpulver reduziert. hier ist das Reaktionsprodukt Kupfer und Ei-

senoxid, wobei dieses jedoch nicht einwandfrei zu erkennen ist. Außerdem ist die zugehö-rige Reaktionsgleichung meiner Meinung nach an dieser Stelle unnötig kompliziert.

• Eisenoxid könnte mit Holzkohle reduziert werden, dies könnte dann in das Modell eines Hochofens münden.

• Bleioxide mit Holzkohle zu reduzieren wäre sicherlich eindrucksvoll, jedoch aufgrund der Giftigkeit von Blei und dem damit verbundenen Entsorgungsproblem nicht ratsam.

• Kupferoxid könnte mit Wasserstoff reduziert werden. Dieser Versuch wird sich unmittel-bar an diese Unterrichtsstunde anschließen, da hier ein weiterer Stoff als Reduktionsmittel fungiert. Auch die dabei enstehenden Produkte sind den sChülern bekannt. (In dieser Stunde sollen im Übrigen die Begriffe Reduktions- und Oxidationsmittel eingeführt wer-den)

2. Methodische Entscheidung Unterricht sollte meiner Meinung nach nicht nur Wissen und Einstellungen vermitteln, son-dern den Schülern auch Spaß machen und sie motivieren, sich selbst mit dem Unterrichtsge-genstand und darüber hinaus zu beschäftigen. Um dieses Ziel zu erreichen, versuche ich mei-nem Unterricht abwechselnd zu gestalten, wobei ich jedoch eine dem Fach Chemie angemes-sene Vorgehensweise für sehr wichtig erachte. Diese äußert sich darin, dass es eine logische Reihenfolge beim Umgang mit Versuchen geben sollte. Zuerst sollte geklärt werden, was man mit einem Versuch erreichen möchte. Es werden Theorien und Vermutungen geäußert, die dann durch den Versuch bestätigt oder falsifiziert werden. Wurde der Versuch der Vermutung entsprechend durchgeführt, wird versucht, ein grundlegendes Gesetz oder eine Regelmäßig-keit zu erkennen. Damit die Schülerinnen und Schüler an diese wissenschaftliche Vorgehens-weise gewöhnt werden, treten bei der Ergebnissicherung und der damit verbundenen Be-schreibung des Versuch immer die selben Schritte auf.



1. Der Titel bzw. die Überschrift, unter der der Versuch klassifiziert wird, in deren größeren Sinnzusammenhang er gehört. 2. Die Skizze. Hier wird Skizzenhaft der Versuchsaufbau dargestellt, damit nicht nur verbal sondern auch visuell die Behalten der Schüler unterstützt wird. 3. Beschreibung. An dieser Stelle findet man die Versuchsbeschreibung mit allen Sicher-heitshinweisen. 4. Beobachtung. Die reinen Folgen, ohne jede Art der Interpretation sind hier abuzulesen. Diese Einschränkung gehört meiner Meinung nach zu den Grundpfeilern wissenschaftlichen Arbeitens, da hier für subjektive Interpretation kein Platz sein darf. Die Schüler sollen nur ihre Sinneseindrücke wiedergeben. 5. Folgerung. Nun kommen Erklärungsversuche und Folgerungen ins Spiel, die die gemach-ten Beobachtung en erklären sollen. 6. Formel. Die Formel ist eine sehr spezielle Form der Beschreibung von Reaktionen und der damit verbundenen Begründung. Es ist meiner Meinung nach eine Grundaufgabe des Che-mieunterricht, die Schülerinnen und Schüler an den Umgang mit Formeln zu gewöhnen, so dass sie für sie ein Stück weit selbstverständlich in ihrem Lebensalltag werden und nicht als Geheimsprache für Spezialisten angesehen werden. 7. Neue Erkenntnisse. Hier werden noch einmal die fundamentalen Erkenntnisse aus dem Versuch wiederholt und als Merksatz bzw. Regel formuliert. Da ich mir zum Ziel gesetzt habe, jeden im Unterricht durchgeführten Versuch nach diesen Kriterien zu behandeln, muss man sich Gedanken machen, wie man diese Versuche "verpa-cken" kann, damit die Motivation der Schüler erhalten bleibt bzw. neu geweckt wird. Ein gu-ter denkbarer Einstieg in das Thema, der auch denselben Versuch zum Gegenstand hätte, wäre der s.g. "historische Einstieg". Hierbei würde die Metallgewinnung in der Antike als Motiva-tion für das heutige Stundenthema "Redox-Reaktion" stehen. Jedoch ist das Interesse der Schüler an diesen historischen Einstiegen meiner Meinung nach getring. Auch befindet sich das Problem der Metallgewinnung aus dem Erz nicht im unmittelbaren Erlebnisumfeld des Schülers. (Speziell im vorliegenden Fall der Einführung der RedOx-Reaktion möchte ich auch eine Alternative zu dem uns als vorbildlich geltenden Unterrichtsentwurf von RLA Kirsten Sellerbeck aus dem Jahr 1998 aufzeigen.) Auch ein "stummer Einstieg", in dem z.B. nur das Experiment gezeigt wird und die Schüler erklären sollen, was geschehen ist, wirkt meiner Meinung nach deplaziert. Eine weitere Mög-lichkeit des Einstiegs wäre die Frage, wie man von einem Klumpen Kupfererz zu einem 1-Pfennigstück kommt. Dieser Einstieg wäre mein Favorit, jedoch mangelt es an Kupfererz, so dass dieser Einstieg nicht in Frage kommt (ein Photo eine Kupfererzbrockens ersetzt nicht die originäre Begegnung). Außerdem wäre im weiteren Vorgehen ein Bruch, da man anschlie-ßend das Kupfererz (didaktisch) auf Kupferoxid reduzieren muss, um damit weiter zu experi-mentieren. Um die Aufmerksamkeit der Schüler zu erhalten und gleichzeitig chemisches Fachwissen zu vermitteln habe ich mich daher für eine Art Rollenspiel entschieden. Die Klasse schlüpft in die Rolle von Fachleuten, die für das "Ministerium für Indistriespionage und Chemieunter-richt" arbeiten. Der Auftrag wird der Klasse in Form des Klassensprechers von der Sekretärin



der Realschule zugestellt, mit dem Hinweis, das Päckchen erst in der Chemiestunde zu öff-nen. Diese Situation wird der Klasse neu sein und darin wird ein Teil des Reizes liegen. Ob-wohl allgemein zu lesen ist, dass Schülerinnen und Schüler der 8. Klasse, also inmitten der Pubertät und der damit verbundenen "Probleme", nicht (mehr) bereit sind, im Unterricht Spie-le zu spielen, bin ich dennoch der Meinung, dass diese Situation für den Großteil der Klasse einen Reiz in sich birgt. Im Brief an die Klasse wird das weiter Vorgehen vorgeschlagen (Sie-he 4.3 Anhang). Von nun an soll die Klasse (vielleicht findet sich ein "Chefchemiker") versu-chen, das gestellte Rätsel zu lösen. Sie soll einen Versuchsaufbau, von dem die einzelnen Be-standteile vorhanden sind, anhand eines Fotos (als Overheadfolie) nachbauen und anhand des Versuchsaufbaus erkennen, wie der Versuch ablief und ihn unter Zuhilfename des Versuchs-protokolls (das in Form eines Lückentextes vorliegt) nachahmen. Anschließend soll der Lü-ckentext ausgefüllt werden. Dabei werden sich die Schüler Gedanken über die Prinzipien des Versuches machen und aus der Kombination von Text und Lücken die wesentlichen neuen Begriffe und Zusammenhänge lernen. Der Lehrer sollte in diesem Zusammenhang versuchen, so weit wie möglich im Hintergrund zu bleiben und im Zweifelsfall mit didaktischen Fragen das Geschehen in die beabsichtigten Bahnen lenken. Da jeder Schüler eine Kopie des Lückentextes und des Arbeitsauftrags erhält und der Lückentext per Overheadfolie für alle sichtbar ausgefüllt wird, ist die Ergebnissiche-rung gewährleistet. Ist das Blatt, das für die Schüler "Patentantrag" lautet, ausgefüllt, werden die Arbeitsblätter vom Patentamtangestellten (evtl. der Lehrer oder ein Lehramtsanwärter) abgestempelt. Dadurch erhält die Stunde eine Abrundung. Falls noch Zeit sein sollte, könnte das Rollenspiel auf der Metaebene reflektiert werden. Hier können Fragen wie "Ethik unter Chemikern", "Sind Erfindungen Allgemeingut", aber auch mehr sachbezogene Fragen wie: "Könnte diese Erfindung so ähnlich wirklich gemacht worden sein, und wozu war (ist) sie nütze?" In der letzten Frage wird nun der Bogen zur allgemeinen Gewinnung von Metallen aus Erzen geschlagen. Auch kann nun angesprochen werden, ob noch andere Elemente ähn-lich wie Kohlenstoff (als Reduktionsmittel) wirken können. Hier bietet sich ein weites Feld für die darauffolgenden Stunden. Je nachdem in welche Richtung die Fragen am Ende der Stunde gehen, sollte die Hausaufgabe gestellt werden. Neben dem Einkleben bzw. Abheften des Arbeitsblattes (incl. Wiederholen) sollen die Schüler a. die Reaktionsgleichung von H2 mit CuO formulieren oder b. in ihrem Geographiebuch, Lexikon, Internet oder Sonstigem sich über die Verfahrensweise eines Hochofens informieren und das Material in die nächste Chemiestunde mitbringen oder c. die Reaktionsformel von Fe2O3 mit C aufstellen



3. Verlaufsplan Lehrer: Jürgen Haller Datum: 17.6.1999 Stundenthema: Einführung in die RedOx-Reaktion Fach: Chemie

Klasse: 8d

Zeit Phasen Geplanter Verlauf Lehrerverhalten ↔ Schülerverhalten

Medien

1125 Begrüßung L begrüßt Schüler und stellt Besucher (Seminargruppe) vor 1128 Motivation Frau Mangler (Sekretärin) bringt Päckchen mit Aufschrift "Streng geheim" adressiert an

Klasse 8d Päckchen

1130 Problematisierungs-phase

Klassensprecher öffnet Päckchen und liest Brief vor, parallel packt ein weitere Schüler das Päckchen aus und stellt die Dinge auf den Lehrerversuchstisch. (Lehrer geht "schnell" Ko-pien von diesem Brief machen → sind vorbereitet)

Brief, Kopien des Briefs,Gerätschaften+Chemikalien

1134 Überleitung Austeilen der "Patentschrift", auflegen der Folie. Im S-S Gespräch soll nun das weitere Vorgehen geklärt werden. L hält sich so weit wie möglich zurück, achtet jedoch auf die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften.

Folie, Arbeitsblatt "Patentschrift"

1140 Erarbeitung Aufbau der Versuchsanordnung (wie auf Photo-Folie) S: Spekulation über Versuchsablauf

Photo-Folie

1145 Schüler-Demonstrations-versuch

Aufbau der eigentlichen Versuchsanordnung, Durchführung des Versuchs. S als Moderator

1150 Auswertung Im L-S-Gespräch wird die Patentschrift ausgefüllt, dabei werden die Begriff Reduktion und RedOx-Redaktion geklärtwird die Reaktion mit Schülern nachgespielt

Schildchen mit "C", "Cu" und "O"

1205 Schlussphase Ein Schüler (evtl auch der Lehrer) der Klasse reicht die Patentschrift am Schalter des Pa-tentamts ein (Schalterbeamter Herr Müller oder Lehramtsanwärter). Dabei wiederholt er die wichtigsten Erkenntnisse aus dem Versuch. Der Schalterbeamte akzeptiert den Patent-entwurf und stempelt ihn ab.

1208 Hausaufgaben Hausaufgaben je nach Diskussionsstand (vgl. 2. Methodik) Tafel



4. Anhang

4.1 Overheadfolie

4.2 Literatur Arni,Arnold, 1994: Grundkurs Chemie I; Weinheim dtv-Atlas zur Chemie, 1981 Bd.1: Allgemeine und Anorganische Chemie, 6. Auflage, Mün-

chen Häusler, K. 1992: Konkrete Fachdidaktik Chemie; München Meyer, Hilbert 1987: Unterrichtsmethoden Bd.II; Frankfurt am Main Mortimer, Charles E. 1987: Chemie-Das Basiswissen der Chemie; 5.Aufl., Stuttgart Rossa, Eberhard, 1985: Kurzweil durch Chemie, Berlin/DDR Willmes, 1993: Taschenbuch der chemischen Substanzen; Thun/Frankfurt am Main Schulbücher Umwelt Chemie, Klett-Verlag; Stuttgart, 1995 Chemie Buch, Diesterweg*Sauerländer, 1986 Chemie in Versuch, Theorie und Übung, Diesterweg*Sauerländer, 1984 Chemie, Schroedel-Verlag, 1976



4.3 Arbeitsblätter (zuerst Lösungsblatt)

Pat entant ragTit el :

Skizze:

Beschr eibung:

Beobacht ung:

Fol ger ung:

For mel :

Neue Er kennt nisse:

Die RedOx-Reaktion am Beispiel der Herstellung von Kupfer aus Kupferoxid

Man gibt in ein Reagenzglas ein Gemisch aus 2g Kupferoxidpulver und 0,2g Holzkohlepulver. Man verschließtanschließend mit einem Stopfen, in dem ein gewinkeltes Gasableitungsrohr steckt, das in Kalkwasser eintaucht.Sobald das Gemisch glüht, entfernt man die Brennerflamme.

Es entwickelt sich ein Gas, das Kalkwasser trübt. Weiterhin ist in dem abgekühlten Gemisch Kupfer zu erkennen..

Bei der Reaktion liefen eigentlich 2 Reaktionen ab. Zum einengab das Kupferoxid den Sauerstoff ab, es wurde reduziert.Mit diesemSauerstoff reagiert der Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid. Der Kohlenstoff wird oxidiert. Es fand also eine RedOx-Reaktion statt.

Eine Chemische Reaktion, bei der Sauerstoff abgegeben wird, nennt man .Reduktion

Kupferoxid + Kohlenstoff Kupfer + Kohlenstoffdioxid

2CuO + C 2Cu + CO2

Reduktion

Reduktion

Oxidation

Oxidation

Eine Reaktion, bei der und gleichzeitig auftreten, nennt man -Reaktion.

Oxidation ReduktionRedOx

1.

2.

Kalkwasser

Kohlenstoffdioxid

Gasableitungsrohr 2g Kupferoxid0,2g Holzkohlepulver



Pat entant ragTit el :

Skizze:

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Die RedOx-Reaktion am Beispiel der Herstellung von Kupfer aus Kupferoxid

Man gibt in ein Reagenzglas ein Gemisch aus 2g Kupferoxidpulver und 0,2g Holzkohlepulver. Man verschließtanschließend mit einem Stopfen, in dem ein gewinkeltes Gasableitungsrohr steckt, das in Kalkwasser eintaucht.Sobald das Gemisch glüht, entfernt man die Brennerflamme.

Es entwickelt sich ein Gas, das Kalkwasser trübt. Weiterhin ist in dem abgekühlten Gemisch Kupfer zu erkennen..

Bei der Reaktion liefen eigentlich 2 Reaktionen ab. Zum einengab das Kupferoxid den Sauerstoff ab, es wurde reduziert.Mit diesemSauerstoff reagiert der Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid. Der Kohlenstoff wird oxidiert. Es fand also eine -Reaktion statt.RedOx

Eine Chemische Reaktion, bei der Sauerstoff abgegeben wird, nennt man .Reduktion

Kupferoxid + Kohlenstoff Kupfer + Kohlenstoffdioxid

2CuO + C 2Cu + CO2

Reduktion

Reduktion

Oxidation

Oxidation

Eine Reaktion, bei der und gleichzeitig auftreten, nennt man -Reaktion.

Oxidation ReduktionRedOx

1.

2.

Kalkwasser

Kohlenstoffdioxid

Gasableitungsrohr 2g Kupferoxid0,2g Holzkohlepulver



Ministerium für Industriespionage und Chemieuntericht

!!! Streng Geheim !!!

An die Klasse 8d der Realschule Karlsbad Liebe Schülerinnen und Schüler, wir wenden uns mit einer großen Bitte an euch. Unsere Spionageabteilung hat in ei-ner konkurrierenden Entwicklungsabteilung einen Versuchsaufbau vorgefunden, dessen Sinn und Zweck uns nicht klar ist. Wir vermuten, daß es sich hierbei um eine neuartige chemische Reaktion handelt, die anhand eines Beispielversuchs getestet wurde. Zur Sicherheit haben unsere Agenten den gesamten Versuchsaufbau mitge-nommen und vorsorglich ein Foto davon gemacht. Beim weiteren Durchsuchen des Labors fiel unseren Agenten ein Schriftstück in die Hände, das wohl als Patentantrag gedacht war, jedoch aufgrund von Säurelöchern unbrauchbar geworden ist. Vielleicht hilft euch dieses Schriftstück beim Erstellen eines eigenen Antrags. Zu diesem Zweck haben wir euch vorsorglich ein paar Kopien davon mitgeschickt. Eines davon solltet ihr so schnell wie möglich ausgefüllt beim zuständigen Patentamt einreichen. Bitte beachtet dabei die notwendige Gliederung der Patentschrift. Hier unsere Vorschlag zum weiteren Vorgehen: 1. Aufbau der Versuchsanordnung wie im gegnerischen Labor 2. Aufstellen einer Theorie über das, was geschehen ist 3. Wiederholen des Versuchs 4. Aufstellen einer Reaktionsgleichung 5. Klärung neuer Begriffe / Was ist das Neue an dieser Reaktion? 6. Verfassen der Patentschrift 7. Patentschrift beim Patentamt einreichen Wir hoffen, eurer Mission wird Erfolg beschieden sein und verbleiben mit freundli-chen Grüßen

Minister für Industriespionage und Chemieunterricht



Bestand "Streng Geheim" - Päckchen: Schutzbrille 3 Duran-Reagenzgläser Stativ mit Klemme Becherglas 250 ml Gummistopfen mit Gasableitungsrohr Kartuschenbrenner Behälter mit Kohlenpulver Behälter mit Kupferoxid Gefäß mit trübem Kalkwasser Gefäß mit klarem Kalkwasser

Brief "Streng geheim" Patentantrag Original handschriftliche Notitz

"Nach Versuch Gummistopfen lösen, sonst zieht sich Flüssigkeit in das Rohr" Patentantrag Folie Photo-Folie farbige Folienstifte

Das ist sonst noch zu besorgen: [ Kopien Patentantrag ] [ Kappe Schalterbeamter ] [ Schild "Patenetamt" ] [ Stempel + Stempelkissen ] [ Schildchen Sauerstoff, Kupfer, Kohlenstoff ]

Thema heute: Einführung in die RedOx- · PDF fileUNTERRICHTSENTWURF "EINFÜHRUNG IN...

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