QuellenverzeichnisDie PowerPoint-Präsentationen (s. digitales Zusatzmaterial) hat die Autorin erstellt. Die Quellen zu den enthal- tenen Bildern sind jeweils dort vermerkt.Die vorgeschriebenen Piktogramme bei den Chemikalien und den dazugehörigen Gefährdungsbe urteilungen (s. digitales Zusatzmaterial) sind diesen Bildern entnommen:
Hinweise in den digitalen Zusatzmaterialien:In den digitalen Zusatzmaterialien sind PDF-Dateien, Word-Vorlagen und PowerPoint-Präsentationen ent-halten. Weitere Informationen entnehmen Sie bitte der beigefügten Liesmich.txt.
Hinweise zu den VersuchenAllgemeines: Im Unterricht müssen die möglichen Gefahrenquellen eines Versuchs vor der Durchführung besprochen werden. Zur Unfallvermeidung beim Experimentieren müssen die geltenden rechtlichen Vorga- ben beachtet werden. Grundsätzlich muss Experimentieren umsichtig erfolgen, daher wird bei den einzelnen Versuchen nicht explizit auf die aktuell geltende RiSU (Richtlinien zur Sicherheit im Unterricht) verwiesen.
Gefahrenpotenzial: Die Versuche im vorliegenden Buch benötigen teilweise Substanzen, die als Gefahrstoffe eingestuft werden. Für alle diese Versuche gibt es veränderbare, vorausgefüllte Gefährdungshinweise. Die Gefahren- und Sicherheitshinweise werden darin nach GHS (Globally Harmonised System) vermerkt. Die Angaben wurden zum Erstellungszeitpunkt mit der GESTIS-Stoffdatenbank abgeglichen.
Benennung der Chemikalien: Die Schülerarbeitsblätter enthalten die Trivialnamen der Chemikalien. In den Gefährdungsbeurteilungen wird zusätzlich die chemische Bezeichnung aufgeführt.
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 LegendenJede Unterrichtseinheit beginnt mit der Beschreibung der Unterrichtssequenz. Hierbei werden folgende Abkürzungen verwendet:AB ArbeitsblattAbb. Abbildung für Tafel oder für Heftaufschrieb DV Demonstrationsversuch der Lehrkraft EP ErgebnisprotokollLV LehrervortragPPT PowerPoint-PräsentationS. Schülerinnen und Schüler1
SF SozialformSV SchülerversuchTB 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-PräsentationenZu 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.
Hinweis: Falls Sie die gegebene Zeit in den PowerPoint-Dateien verändern möchten, gehen Sie so vor:
� Klicken Sie die gewünschte Folie an. � Wählen Sie den Reiter „Animationen“ aus. � Im Untermenü benötigen Sie den Bereich „Animationsbereich“. � Dort klicken Sie „Rad“ oder „Ellipse“ an. � Im nun geöffneten Feld klicken Sie auf „Anzeigedauer“ und tragen bei „Dauer“ die Anzahl der Sekunden ein, z. B. für 4 Minuten 🡪🡪 4 × 60 Sekunden 🡪🡪 240 Sekunden.
Allgemeine didaktische AnregungenOrganisation von Tipps, Lösungshinweisen und Co.Häufig werden zu Differenzierungszwecken Tipps oder Lösungshinweise an die Schüler ausgege-ben. Es hat sich als praktisch erwiesen, diese entsprechend der Anzahl an Gruppen / Partnern / Schülern zu kopieren und in beschrifteten Kuverts am Pult auszulegen. Jedes Team kann sich dann ein Exemplar aus dem Kuvert nehmen und es am Ende der Arbeitsphase wieder richtig zurücklegen.
Organisation von gruppenteiligen Aufgaben / SchülerversuchenSelten sind Schulklassen so klein, dass bei gruppenteiligen Aufgaben jedes Gruppenergebnis nur einmal vorliegt. Grundsätzlich sind die folgenden Unterrichtseinheiten auf acht verschiedene Gruppen ausgelegt, wobei jede Gruppe eine sogenannte Kontrollgruppe besitzt, d.h. es gibt vier verschiedene Arbeitsaufträge. Kontrollgruppen haben sich besonders im naturwissenschaftli-chen Unterricht als sehr nützlich herausgestellt, da auf diese Weise schnell Fehlerquellen analy-siert und diskutiert werden können. Die kritische Auseinandersetzung mit ermittelten Ergebnis-sen ist eine wesentliche Kompetenz im naturwissenschaftlichen Arbeiten, die immer wieder geschult werden muss.
Arbeitsblätter, Notizen und Co.Um nachhaltig und umweltbewusst zu arbeiten, sollte die Anzahl an Kopien möglichst gering gehalten werden. Eine Möglichkeit dafür ist es, die Arbeitsblätter immer einzeln in einer Klar-sichthülle an die Gruppen auszugeben. Die Schüler notieren in diesem Fall ihre Ergebnisse mit wasserlöslichem Folienstift auf der jeweiligen Plastikhülle. Diese kann anschließend nach der Unterrichtseinheit gereinigt und das Material so erneut verwendet werden. Für Notizen bietet es sich an, das Schülerheft umzudrehen und von „hinten nach vorne“ zu beschreiben. So hat die lästige Suche nach einem Notizzettel, der bis zur nächsten Stunde verloren ist, endlich ein Ende. Ein weiterer Vorteil dabei ist, dass sich so jeder Schüler seine eigenen Notizen macht. Falls ein Schüler in der nächsten Stunde fehlt, haben trotzdem die anderen Gruppenmitglieder ihre Ergebnisse vorliegen und können daher gut an der entsprechenden Aufgabe weiterarbeiten sowie die Lösungen präsentieren.
Tafelbild, SeitentafelDas Tafelbild entwickelt sich während der Unterrichtseinheit und kann daher je nach Beitrag der Schüler auch leicht von der hier vorliegenden Version abweichen. Er sollte vor Ort aber immer auf der mittleren Tafel angeschrieben werden. So ist es für die Schüler leichter einzuordnen, welche Informationen ins Heft übertragen werden sollen. Die Seitenflügel enthalten dann nur die Notizen bzw. Gedächtnisstützen.
Inhalt und Organisation Medien / SozialformEinstiegL. zeigt Weißweinflasche, die seit mehreren Monaten im Labor stand. S. sollen anhand einer Geruchsprobe erklären, ob der Wein noch genießbar ist. Antwort: Riecht sehr sauer, darum eher ungenießbar!S. sollen beschreiben, wie man überprüfen kann, ob dieser saure Geruch auch tatsächlich etwas mit einer Säure zu tun hat. Antwort: Die Rotfärbung eines Universalindikators würde beweisen, dass eine Säure vorliegt.L. zeigt im DV, dass in der Weinflasche eine Säure vorliegt.S. sollen eine Vermutung aufstellen, wie die gebildete Säure heißt, die den Wein sauer macht. Antwort: Essigsäure.L. fasst zusammen, dass in der Weinflasche eine chemische Reaktion stattgefunden haben muss, da Essigsäure entstanden ist; diese Reaktion soll heute näher betrachtet werden (TB).
Weißwein in Flasche (s. didaktische Hinweise unten)
DV
TB (Überschrift)Arbeitsphase 1Teilziel 1: S. sollen die Darstellung von Essigsäure mithilfe von Essigsäurebakterien beschreiben.L. zeigt Rotweinessig.S. sollen Vorschläge machen, wie viele Liter Essig man wohl trinken müsste, um einen richtigen Rausch mit 1,5 ‰ zu haben. Antwort: 3 Liter, 8 Liter,…S. sollen beschreiben, wie man herausfinden kann, welcher Vorschlag korrekt ist. Antwort: Man muss wissen, wie viel Vol.-% Alkohol der Rot-weinessig enthält, und es dann berechnen.S. soll nach vorne kommen und es von der Flasche ablesen. Antwort: Hier ist keine Vol.-% Angabe zum Alkohol zu finden, also ist kein Alkohol enthalten.S. sollen ableiten, aus welchem Stoff Essigsäure gebildet wird. Antwort: Essigsäure muss aus Ethanol hergestellt werden.S. sollen sich, um die Reaktion besser zu verstehen, mit dem Herstel-lungsprozess von Essig vertraut machen. L. zeigt PPT 1 und S. bearbei-ten AB 1.
Rotweinessig
PPT: Folie 1AB 1SF: Einzelarbeit
Ergebnissicherung S. nennen ihre Ergebnisse zum Arbeitsblatt. L. hält diese an der Tafel fest (TB).
TB (Submersverfahren, Wortgleichung)
Arbeitsphase 2 Teilziel 2: S. sollen die Carboxygruppe als funktionelle Gruppe der Carbonsäuren beschreiben.L. ergänzt an der Tafel, dass Essigsäure auch als Ethansäure bezeich-net wird (TB).S. sollen anhand des Namens ableiten, wie viele Kohlenstoffatome Ethansäure besitzt. Antwort: Zwei Kohlenstoffatome, aufgrund der Vorsilbe Ethan-.L. fasst zusammen, dass auch hier anscheinend eine homologe Reihe vorliegen muss, und notiert den Namen Carbonsäuren an die Tafel (TB).S. sollen die einfachste Carbonsäure nennen. Antwort: Methansäure mit einem Kohlenstoffatom.L. zeigt PPT 2 und S. sollen in Gruppenarbeit mithilfe von AB 2 die Strukturformel von Methansäure ableiten.
TB (Ethansäure)
TB (Carbonsäuren)
PPT: Folie 2SF: Gruppenarbeit AB 2
Ergebnissicherung L. sammelt alle Lösungen ein und zeigt diese unter der Objektkamera. Die Lösungen werden auf fachliche Richtigkeit geprüft. Anschließend wird die Strukturformel für Methansäure an der Tafel (TB) ergänzt und die Carboxygruppe als funktionelle Gruppe der Carbonsäuren vorge-stellt (TB).
Inhalt und Organisation Medien / SozialformArbeitsphase 3 Teilziel 3: S. sollen weitere Strukturformeln von Carbonsäuren ableiten.L. zeigt PPT 3 und S. sollen in Partnerarbeit die Strukturformeln von Propansäure und Pentansäure im Heft ergänzen.
PPT: Folie 3 SF: Partnerarbeit
Ergebnissicherung S. ergänzen die Strukturformeln an der Tafel (TB). TB (Strukturformeln von
Propan- und Pentansäure)Ausstieg L. zeigt PPT 4 und S. sollen die Formelgleichung zur Herstellung von Essigsäure im Heft ergänzen.
PPT: Folie 4
Hinweise zur VorbereitungLehrermaterial vorbereiten / beachtenTafelbild (TB) ausdruckenPPT-Folien (ZM) auf Stick kopierenDemonstrationsversuch der Lehrkraft (DV) ausdruckenGefährdungsbeurteilungen (ZM) ausdrucken und unterschreibenWeißwein in Flasche mit Essigessenz versetzenRotweinessigSchülermaterialArbeitsblatt 1 (AB 1) im Klassensatz kopieren Arbeitsblatt 2 (AB 2) pro Gruppe kopierenLösungen zum Arbeitsblatt 2 pro Gruppe 1x alle Lösungen aus dem Lösungsteil
kopieren und zurechtschneiden
Dauerca. 45 min
Didaktische Hinweise Arbeitsblatt 2: Hier wurde davon ausgegangen, dass die Schüler die Gruppe der Alkanale / Alde-hyde nicht kennen und in den Vorjahren den Begriff der „Oxidation“ als Aufnahme von Sauer-stoff bzw. Abgabe von Wasserstoff kennengelernt haben. Entsprechend muss dieses Arbeitsblatt angepasst werden.
Weißwein: Um eine bessere Färbung des Universalindikators sowie einen beißenden sauren Geruch zu erzielen, sollte der Weißwein vor der Stunde mit Essigessenz versetzt werden (ca. 125 ml Essigessenz auf 700 ml Weißwein). So braucht man den Weißwein auch nicht mehrere Monate offen stehen lassen.
Durchführung1. Aus der Weißweinflasche ca. 5 ml Flüssigkeit entnehmen und in ein Reagenzglas geben.2. Auf die Flüssigkeit im Reagenzglas ca. 2 Tropfen Universalindikator geben.
BeobachtungDie Flüssigkeit mit dem Universalindikator zeigt eine Rotfärbung an.
Deutung Der Universalindikator zeigt in Anwesenheit von Säurelösungen eine rote Farbe an, die auf die gebildete Essigsäure hinweist.
Hinweis Um eine bessere Färbung des Universalindikators sowie einen beißenden sauren Geruch zu erzielen, sollte der Weißwein vor der Stunde mit Essigessenz versetzt werden (ca. 125 ml Essig-essenz auf 700 ml Weißwein). So braucht man den Weißwein auch nicht mehrere Monate offen stehen lassen.
L. zeigt PPT 1 mit verschiedenen Carbonsäuren.S. sollen Gemeinsamkeiten der Stoffe nennen. Antwort: Alles Säuren, Säuren mit Kohlenwasserstoffrest.L. fasst zusammen, dass alle Stoffe zur Stoffgruppe der Carbonsäuren gehören und damit ähnliche Eigenschaften haben müssen, die heute untersucht werden sollen (TB).
PPT: Folie 1
TB (Überschrift + Teilüber-schriften)
Arbeitsphase 1
Teilziel 1: S. sollen die typische Färbung von Carbonsäurelösungen durch Indikatoren beschreiben.S. sollen eine Eigenschaft nennen, die auf den Abbildungen zu beob-achten und charakteristisch für den Säureanteil ist. Antwort: Alle Stoffe sind ätzend.S. sollen beschreiben, wie man den Säurecharakter nachweisen kann. Antwort: Durch Zugabe eines Universalindikators. Dieser färbt sich rot.L. führt DV mit Zitronensäure durch.S. sollen erklären, warum die Zitronensäure das Universalindikatorpa-pier nicht rot färbt. Antwort: Es muss sich um eine Säurelösung handeln, damit sich der Indikator verfärbt, da Oxoniumionen vorliegen müssen.
DV
Ergebnissicherung
L. notiert Protolysegleichung und den Hinweis auf die Lösung in Wasser an die Tafel (TB). TB
Arbeitsphase 2
Teilziel 2: S. sollen die Löslichkeit von kurzen bis mittellangen Carbonsäuren in Wasser beschreiben.L. zeigt PPT 2 der Hexadecansäure (Palmitinsäure).S. sollen eine Vermutung aufstellen, warum diese Carbonsäure nicht ätzend ist. Antwort: Die Säure ist nicht in Wasser löslich.L. zeigt PPT 3 und S. sollen in Gruppenarbeit mittels SV herausfinden, ob diese Vermutung richtig ist, und eine allgemeine Aussage zur Löslichkeit bei Carbonsäuren treffen.
PPT: Folie 2
PPT: Folie 3 SVSF: Gruppenarbeit
Ergebnissicherung
S. präsentieren ihre Ergebnisse vor der Klasse.L. notiert diese an der Tafel (TB). TB (Löslichkeit)
Arbeitsphase 3
Teilziel 3: S. sollen aus dem Verlauf der Siedepunkte von Carbon-säuren im Vergleich zu Alkanen die Wirkung von zwischenmole-kularen Wechselwirkungen ableiten.L. zeigt PPT 4 und S. sollen aus dem Verlauf die wirkenden zwischen-molekularen Kräfte ableiten.
PPT: Folie 4SF: Einzelarbeit
Ergebnissicherung
L. notiert die Lösung an der Tafel (TB).L. zeigt erneut die Zitronensäure und den Arbeitsauftrag auf PPT 5. Antwort: Antwort C ist richtig, da durch die hohe Anzahl an Carboxygrup-pen viele polare Atombindungen im Molekül vorliegen und es somit in Wasser löslich ist und diese zudem starke Wasserstoffbrückenbindungen zu Nachbarmolekülen ausbilden, sodass sehr hohe Siede- und Schmelz-punkte vorliegen.
L. zeigt PPT 6 mit einem Handwärmer. S., die das kennen, sollen sich melden.L. erklärt, dass es sich dabei unter anderem um Natriumacetat, ein Salz, handelt, welches durch die Reaktion von Ethansäure mit einem anderen Stoff gewonnen werden kann.L. zeigt PPT 7 und S. sollen in Partnerarbeit mithilfe der Tippkarten die Reaktionsgleichung vervollständigen sowie die Art der Reaktion benennen (TB).
PPT: Folie 6
PPT: Folie 7SF: PartnerarbeitTippkartenTB
Hinweise zur VorbereitungLehrermaterial vorbereiten / beachten
Tafelbild (TB) ausdrucken
PPT-Folien (ZM) auf Stick kopieren
Demonstrationsversuch der Lehrkraft (DV) ausdrucken
Gefährdungsbeurteilungen (ZM) ausdrucken und unterschreiben
Schülermaterial
Schülerversuch (SV) pro Gruppe kopieren
Tippkarten zur Partnerarbeit (Stundenausstieg) kopieren
Dauerca. 90 Min.
Didaktische Hinweise DV: Neben reinster Zitronensäure kann auch Zitronensäurereiniger (beispielsweise für Spülma-schinen) verwendet werden. Wichtig: Es muss sich um einen Feststoff handeln.
Arbeitsphase 1: Voraussetzung für diese Arbeitsphase sind chemische Grundlagen bzgl. Brön-sted-Säuren und Basen bzw. die Protolyse von Säuren unter Bildung eines Oxoniumions.
Ausstieg: Die Schüler müssen bereits Vorwissen über die Reaktionsart Neutralisation besitzen. Neben der Neutralisation als Möglichkeit der Bildung von Natriumacetat können, je nach Leis-tungsstand der Klasse, auch Redoxreaktionen wiederholt werden (Natrium reagiert mit Ethan-säure unter Bildung von Natriumacetat und Wasserstoff).
Durchführung1. Ca. zwei Spatel der festen Zitronensäure auf ein Uhrenglas geben.2. Mittels Indikatorpapier einen Säurenachweis durchführen.3. Feste Zitronensäure mit Wasser aus der Spritzflasche anfeuchten.4. Erneut mittels Indikatorpapier einen Säurenachweis durchführen.
BeobachtungZuerst zeigt das Indikatorpapier keine Verfärbung bzw. Rotfärbung an. Durch Zugabe von Was-ser kann man eine Rotfärbung des Indikatorpapiers beobachten.
Deutung Die Rotfärbung des Indikatorpapiers erfolgt nur bei Anwesenheit von Wasser, da dadurch Oxoni-umionen gebildet werden, die nur in einer Säurelösung vorliegen.
Hinweis Neben reinster Zitronensäure kann auch Zitronensäurereiniger (beispielsweise für Spülmaschi-nen) verwendet werden. Es sollte sich um einen Feststoff handeln.
Tipp 1Es reagiert eine Säurelösung mit einer Lauge. Frage: Wenn man das gegebene Produkt betrachtet, welche Säure bzw. Lauge muss hier miteinander reagieren?
Tipp 1Es reagiert eine Säurelösung mit einer Lauge. Frage: Wenn man das gegebene Produkt betrachtet, welche Säure bzw. Lauge muss hier miteinander reagieren?
Tipp 1Es reagiert eine Säurelösung mit einer Lauge. Frage: Wenn man das gegebene Produkt betrachtet, welche Säure bzw. Lauge muss hier miteinander reagieren?
Tipp 4Der Universal-indikator zeigt eine grüne Farbe an, d. h. die Lösung ist neutral.
Tipp 4Der Universal-indikator zeigt eine grüne Farbe an, d. h. die Lösung ist neutral.
Tipp 4Der Universal-indikator zeigt eine grüne Farbe an, d. h. die Lösung ist neutral.
Tipp 2Ethansäure-lösung reagiert mit Natronlauge (= Natriumhy-droxidlösung).
Tipp 2Ethansäure-lösung reagiert mit Natronlauge (= Natriumhy-droxidlösung).
Tipp 2Ethansäure-lösung reagiert mit Natronlauge (= Natriumhy-droxidlösung).
Tipp 3Bei dieser Art von Reaktion bilden sich immer Wasser und ein Salz.
Tipp 3Bei dieser Art von Reaktion bilden sich immer Wasser und ein Salz.
Tipp 3Bei dieser Art von Reaktion bilden sich immer Wasser und ein Salz.
Einführung in die Carbonsäuren (S. 103)Die Strukturformel von Methansäure1. ○ Eine Oxidation kann man unter anderem daran erkennen, dass Sauerstoff aufgenommen
wird.○ Eine Oxidation kann man unter anderem daran erkennen, dass Sauerstoff abgegeben wird.○ Eine Oxidation kann man unter anderem daran erkennen, dass Wasserstoff aufgenommen
wird.○ Eine Oxidation kann man unter anderem daran erkennen, dass Wasserstoff abgegeben
wird.
2. Merksatz: Säuren sind Stoffe, die Protonen spenden.
3.
Zusatzaufgabe:
Strukturformel des Butansäuremoleküls:
CH
H
HH
CC
H
H
C
H
HO
O
Eigenschaften der Carbonsäuren (S. 108)
Carbonsäure LöslichinWasser(ja / nein)
Ethansäure (RG 1) gut
Propansäure (RG 2) mittel
Decansäure (RG 3) schlecht
Als allgemeine Regel zur Löslichkeit von Carbonsäuren in Wasser kann abgeleitet werden: Je länger der unpolare Alkylrest, desto schlechter löst sich die Carbonsäure in Wasser.
Erklärung: Eine ätzende Wirkung entfaltet sich nur, wenn Oxoniumionen gebildet werden kön-nen. Bei langkettigen Carbonsäuren ist dies nicht der Fall.
