Arbeitsblatt: Edukt zum Produkt

V Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) 1 von 28 Vom Edukt zum Produkt – eine Lernstraße zu chemischen Reaktionen Ein Beitrag von Edith Mallek, Buseck Mit Illustrationen von Wolfgang Zettlmeier, Barbing In dieser Lernstraße erarbeiten Ihre Schüler an vier Stationen die Merkmale chemischer Reaktionen (Stoffumwandlung, Erhaltung der Masse, Energetik, Umkehrbarkeit). Jede Station besteht aus einem Schülerversuch, einem Info-Text auf zwei Niveaus und einer Vorlage fürs Versuchsprotokoll. Zum Abschluss der Einheit ermöglichen Lernkarten das spielerische Wiederholen des angeeigneten Wissens. Foto: Thinkstock/iStock as Thema „Chemische Reaktionen ist ein zentraler Baustein des Anfangsunterrichts und öffnet das tiefere Verständnis für die Chemie. Das Verbrennen eines Streichholzes ist eine chemische Reaktion aus dem Alltag. lättern Mit Arbeitsb eaus! auf zwei Niv Das Wichtigste auf einen Blick Klasse: 8 /9 Versuche: Dauer: 5 Stunden (Minimalplan: 3) • Edukt Edukt Produkt (SV) Kompetenzen: Die Schüler • Bleibt die Masse gleich? (SV) • erläutern die wichtigsten Merkmale einer chemischen Reaktion. • Und was ist mit der Energie? (SV) • Umkehrbar oder nicht? (SV) • • unterscheiden zwischen einer chemischen Reaktion und einem physikalischen Vorgang. Übungsmaterial: • Alles klar!? – Die chemische Reaktion beschreiben die Unterschiede zwischen einer exothermen und einer endothermen chemischen Reaktion. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 2 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen Was Sie zum Thema wissen müssen Die exotherme und die endotherme Reaktion Bei einer chemischen Reaktion werden Ausgangsstoffe (Edukte) in andere Stoffe (Reaktionsprodukte) mit völlig anderen Eigenschaften umgewandelt. Bei einer exothermen Reaktion erfolgt diese Stoffumwandlung unter Abgabe von Reaktionswärme. Bei der endothermen Reaktion muss dagegen Reaktionswärme aufgenommen werden. Die Unterschiede zwischen beiden Reaktionstypen werden anhand eines Energiediagramms, bei dem das Energieniveau der beteiligten Stoffe (y-Achse) gegen den Reaktionsverlauf (xAchse) aufgetragen ist, besonders deutlich: Bei der exothermen Reaktion enthalten die Edukte mehr Energie als die Reaktionsprodukte. Die Energiedifferenz zwischen Edukten und Reaktionsprodukten entspricht der frei werdenden Energie. Bei der endothermen Reaktion enthalten die Edukte weniger Energie als die Reaktionsprodukte. In diesem Fall entspricht die Energiedifferenz zwischen Edukten und Reaktionsprodukten der Energie, die der Umgebung entzogen werden muss. Die Aktivierungsenergie Im Energiediagramm einer exothermen Reaktion fällt auf, dass die Kurve nicht direkt von den Edukten zu den Reaktionsprodukten nach unten verläuft, sondern erst noch einen Bogen nach oben macht. Auch im Energiediagramm einer endothermen Reaktion macht die Kurve erst noch einen Bogen nach oben zum höchsten Punkt der Kurve, ehe sie bei den Reaktionsprodukten endet. Den Anstieg des Energieniveaus der Edukte bis zum höchsten Punkt der Kurve nennt man Aktivierungsenergie. Sie ist notwendig, um die Edukte in einen reaktionsfähigen Zustand zu versetzen. Das Gesetz von der Erhaltung der Masse Das Gesetz von der Erhaltung der Masse ist ein elementares Gesetz der Chemie, das besagt, dass bei einer chemischen Reaktion die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe genau so groß ist wie die Gesamtmasse der Reaktionsprodukte. Um zu überprüfen, ob dieses Gesetz gilt, muss eine chemische Reaktion in einem geschlossenen System durchgeführt werden. Dabei ist das Gewicht vor und nach der Reaktion zu ermitteln. Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung Voraussetzungen der Lerngruppe Die Schülerinnen und Schüler* sollten die einzelnen Aggregatzustände sowie die Übergänge zwischen ihnen bereits kennengelernt haben. Neben den fachlichen Voraussetzungen sollten die Lernenden darin geübt sein, selbstständig zu arbeiten. So sollten sie in der Lage sein, eigenverantwortlich Versuche aufzubauen, durchzuführen und anhand eines Versuchsprotokolls auszuwerten. Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler verwendet. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 3 von 28 Aufbau der Unterrichtseinheit Der Einstieg in die Einheit erfolgt mithilfe von Farbfolie 1, die Fotos von verschiedenen chemischen Reaktionen aus dem Alltag zeigt. Im Unterrichtsgespräch wird erarbeitet, dass bei chemischen Reaktionen neue Stoffe entstehen und sie mit oder ohne Energiezufuhr von außen ablaufen können. In der anschließenden Lernstraße 2–M 14 erarbeiten die Schüler in Kleingruppen an vier Stationen die Merkmale chemischer Reaktionen (Stoffumwandlung, Erhaltung der Masse, Energetik, Umkehrbarkeit). Jede Station besteht aus einem Schülerversuch, Info-Texten auf zwei Niveaus sowie einer Vorlage fürs Versuchsprotokoll. Bei Niveau ( handelt es sich um Basisinformationen und explizite, ausführliche Wiederholungen von in der Vergangenheit erlernten Sachverhalten, z. B. mithilfe von Abbildungen. Niveau ( beinhaltet weiterführende Informationen mit anspruchsvolleren Beispielen und kurzen Wiederholungen. Die Ergebnisse überprüfen die Schüler selbstständig mithilfe von Lösungskarten. Beim Durchlaufen der Lernstraße dient der Laufzettel 2 den Gruppen als Übersicht, welche Stationen schon bearbeitet wurden. Außerdem können hier Fragen und Unklarheiten notiert werden, die beim Bearbeiten der Stationen aufgekommen sind. Die Arbeit an den Stationen sollte in der 5. Stunde beendet werden. Im Anschluss daran werden die Ergebnisse der Schüler besprochen. In einer abschließenden Reflexion wird nochmals auf Fragen und Probleme eingegangen, die die Schüler auf dem Laufzettel 2 notiert haben. Üben Zum Abschluss der Einheit werden die erworbenen Kenntnisse mithilfe der Lernkarten 15 wiederholt. Angebote zur Differenzierung Die Lernstraße bietet an jeder Station Info-Texte auf zwei Niveaustufen an, sodass sich die Schüler entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit ein Arbeitsblatt aussuchen können. Sind die Klassen bereits geübt im Schreiben von Versuchsprotokollen, stehen Ihnen als Zusatzmaterial auf CD ) zu jedem Schülerversuch Vorlagen für Versuchsprotokolle mit weniger Hilfestellungen zur Verfügung. Sollten einzelne Schüler Schwierigkeiten beim Experimentieren haben, befinden sich als Zusatzmaterial auf CD ) außerdem Fotos zu allen Versuchen, die Sie bei Bedarf einsetzen können. Diese recht offene Sozialform bietet Ihnen zudem die Möglichkeit, sich insbesondere um leistungsschwache Schüler zu kümmern und diese in ihrem Lernprozess zu unterstützen. Ideen für die weitere Arbeit Im Anschluss an die Einheit können Sie das Reaktionsschema einführen und direkt an den Beispielen aus der Lernstraße anwenden. Hinweise für fächerübergreifendes Arbeiten Bei diesem Thema ist ein fächerübergreifendes Arbeiten mit dem Fach Biologie denkbar. So können z. B. die Atmung oder die Fotosynthese als Beispiele für chemische Reaktionen besprochen werden. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 4 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler . • erläutern die wichtigsten Merkmale einer chemischen Reaktion. • nennen Beispiele für chemische Reaktionen aus dem Alltag. • unterscheiden zwischen einer chemischen Reaktion und einem physikalischen Vorgang. • beschreiben die Unterschiede zwischen einer exothermen und einer endothermen chemischen Reaktion. • formulieren das Gesetz von der Erhaltung der Masse in eigenen Worten. • erläutern den Begriff „Aktivierungsenergie. • führen selbstständig Versuche durch und werten sie in Versuchsprotokollen aus. • kommunizieren fachlich korrekt unter Anwendung neuer Begriffe. Medientipps Filme Grundbegriffe chemischer Reaktionen, DVD, ca. 26 min, 2015, FWU-Nr. 4673778 Der Film beschreibt, wie natürliche Stoffe durch chemische Reaktionen entstehen, und zeigt, wie gezielt bestimmte Stoffe erzeugt und weiterverarbeitet werden können. Auch werden die Begriffe „Synthese, „Analyse, „exotherme Reaktion, „endotherme Reaktion und „Aktivierungsenergie eingeführt und anschaulich erklärt. Chemische Reaktion oder physikalischer Vorgang, Online-Video, ca. 13 min, 2014, abrufbar unter www.youtube.com à Suchbegriff „Chemische Reaktion oder physikalischer Vorgang Anhand von sechs Demonstrationsversuchen erklärt der Nachhilfelehrer Matthias Pieper die Unterschiede zwischen einer chemischen Reaktion und einem physikalischen Vorgang. Internetadressen www.planet-schule.de/wissenspool/meilensteine-der-naturwissenschaft-und-technik/inhalt/ multimedia/chemie/feuerwerk-labor.html Auf der Website des Schulfernsehens von SWR und WDR können besonders interessierte Schüler Wissenswertes rund um Feuerwerke und angrenzende Themen erarbeiten, z. B. welche chemischen Reaktionen ablaufen, wenn Feuerwerksraketen in den Himmel steigen. Im virtuellen Labor können die Jugendlichen dann eigene Feuerwerke zusammenstellen. www.seilnacht.com/Lexikon/reaktion.htm Hier sind alle wichtigen Inhalte der Einheit sowie weiterführende Aspekte, wie z. B. Reaktionsschemata und wichtige chemische Gesetze, übersichtlich zusammengefasst. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 5 von 28 Die Einheit im Überblick Vorbereitung FO Folie AB Arbeitsblatt Durchführung SV Schülerversuch LEK Lernerfolgskontrolle Zusatzmaterial auf CD VP Versuchsprotokoll Stunden 1–4: Lernstraße „Chemische Reaktionen 1 (FO) Chemische Reaktionen – wenn neue Stoffe entstehen 2 (AB) Lernstraße „Chemische Reaktionen – Laufzettel 3 (SV) V: 10 min D: 10 min Station 1: Edukt Edukt Produkt – Schülerversuch Exemplar(e) pro Gruppe M4 (AB) M4 (AB) M5 (VP) (VP) 1 Schutzbrille (pro Schüler) 1 Kupferblech (ca. 2 cm) 2–3 Iodkristalle 1 Reagenzglas 1 Reagenzglashalter 1 Stativ 1 Doppelmuffe 1 Becherglas 1 Stativklammer 1 Luftballon 1 Gasbrenner 1 Uhrglas 1 Packung Streichhölzer 1 Pinzette Station 1: Edukt Edukt Produkt – Info-Text Station 1: Edukt Edukt Produkt – Info-Text (höheres Niveau) Station 1: Edukt Edukt Produkt – Versuchsprotokoll Station 1: Edukt Edukt Produkt – Versuchsprotokoll (mit weniger Hilfestellungen) 6 (SV) V: 5 min D: 10 min Exemplar(e) pro Gruppe Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Schülerversuch 1 Schutzbrille (pro Schüler) 1 Packung Streichhölzer Wasser 1 Reagenzglas 1 Becherglas 1 Reagenzglashalter 1 Luftballon 1 Stativ 1 Doppelmuffe 1 Stativklammer 1 Waage M7 (AB) Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Info-Text M7 (AB) Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Info-Text (höheres Niveau) M8 (VP) Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Versuchsprotokoll (VP) Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Versuchsprotokoll (mit weniger Hilfestellungen) 9 (AB) V: 5 min D: 10 min Exemplar(e) pro Gruppe 10 10 11 (AB) Station 3: Und was ist mit der Energie? – Schülerversuch 1 Schutzbrille (pro Schüler) Kupfersulfat (wasserfrei) Wasser 1 Reagenzglas 1 Stativ 1 Doppelmuffe 1 Stativklammer 1 Pipette 1 Spatel 1 Thermometer Station 3: Und was ist mit der Energie? – Info-Text AB) Station 3: Und was ist mit der Energie? – Info-Text (höheres Niveau) (VP) Station 3: Und was ist mit der Energie? – Versuchsprotokoll 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 6 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) (VP) Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Schülerversuch 1 Schutzbrille (pro Schüler) Kupfersulfat (wasserfrei) Wasser 1 Reagenzglas (groß) 1 Becherglas 1 Erlenmeyerkolben Stativmaterial Exemplar(e) pro Gruppe (AB) 1 Pipette 1 Spatel 1 Thermometer 1 Gasbrenner 1 durchbohrter Stopfen 1 gebogenes Glasrohr mit Gummischlauch Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Info-Text (AB) Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Info-Text (höheres Niveau) 13 14 Station 3: Und was ist mit der Energie? – Versuchsprotokoll (mit weniger Hilfestellungen) 12 (SV) V: 10 min D: 15 min 13 Chemische Reaktionen (VP) (VP) Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Versuchsprotokoll Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Versuchsprotokoll (mit weniger Hilfestellungen) Stunde 5: Die chemische Reaktion – was haben wir gelernt? 15 (LEK) Alles klar!? – Die chemische Reaktion Die Gefährdungsbeurteilungen zu den Versuchen finden Sie auf CD 16 Minimalplan Ihnen steht wenig Zeit zur Verfügung oder Ihre Schüler sind im eigenständigen Durchführen von Versuchen noch nicht geübt? Dann können Sie die Einheit auch lehrerzentriert in drei Unterrichtsstunden durchführen. Zeigen Sie bei dieser Variante die einzelnen Versuche als Demonstrationsversuche. Die Schüler lesen dann selbstständig die Info-Texte durch und füllen die Versuchsprotokolle aus. Die Besprechung erfolgt im Plenum. Die Lernkarten 15 werden als Hausaufgabe eingesetzt. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) 7 von 28 1 2 3 4 5 6 7 8 M1 Fotos 1 2 4 6 7 Thinkstock/iStock; 3 8 Thinkstock/Hemera; 5 Thinkstock/Zoonar Chemische Reaktionen – wenn neue Stoffe entstehen 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 8 von 28 M2 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen Lernstraße „Chemische Reaktionen – Laufzettel In dieser Lernstraße erforscht ihr die vier wichtigsten Merkmale von chemischen Reaktionen. Viel Erfolg! So geht ihr vor Arbeitet ruhig und konzentriert in Kleingruppen. Unterhaltet ihr euch über die Aufgaben, so redet leise, damit ihr eure Mitschüler nicht stört. Holt euch die Info-Texte und Versuchsanleitungen zu jeder Station vom Lehrerpult. Bei den Info-Texten könnt ihr zwischen zwei Schwierigkeitsstufen wählen. Bearbeitet die Stationen der Reihe nach. Lest den Info-Text in der Schwierigkeitsstufe eurer Wahl durch. Führt dann die Versuche gemäß der Versuchsanleitung und unter Einhaltung aller Sicherheitsvorkehrungen durch. Bilder: www.colourbox.com Kontrolliert eure Aufgaben selbstständig. Dafür holt ihr euch die Lösungskarte vom Lehrerpult und vergleicht sie mit euren Lösungen. Berichtigt gegebenenfalls. Alle Aufgaben der Station sind erledigt? Dann macht in der Stationsübersicht ein Kreuz bei der von euch gewählten Schwierigkeitsstufe. Notiert euch außerdem die Dinge, die ihr noch nicht ganz verstanden habt. Sie werden dann im Anschluss an die Lernstraße besprochen. Räumt den Arbeitsplatz nach jedem Versuch auf, damit die folgenden Gruppen den Versuch ebenfalls durchführen können. Stationsübersicht Station erledigt Niveau 1 Niveau 2 Das habe ich noch nicht ganz verstanden Edukt Edukt Produkt Bleibt die Masse gleich? Und was ist mit der Energie? Umkehrbar oder nicht? 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 9 von 28 Edukt Edukt Produkt – Schülerversuch Wie unterscheiden sich die Stoffe vor und nach einer chemischen Reaktion? Dieser Frage geht ihr im folgenden Versuch auf den Grund. Schülerversuch in Kleingruppen Vorbereitung: 10 min Durchführung: 10 min Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. So führt ihr den Versuch durch 1. Stellt die folgenden Materialien bereit. Das benötigt ihr 1 Schutzbrille (pro Schüler) 1 Kupferblech (ca. 2 cm) 2–3 Iodkristalle 1 Reagenzglas 1 Reagenzglashalter 1 Stativ 1 Doppelmuffe 1 Stativklammer 1 Luftballon 1 Gasbrenner 1 Uhrglas 1 Packung Streichhölzer 1 Pinzette 2. Faltet das Kupferblech längsseits, sodass es wie ein langes Dach aussieht. 3. Befestigt die Stativklammer mithilfe der Doppelmuffe am Stativ. 4. Gebt mit der Pinzette 2–3 Iodkristalle in das Reagenzglas und befestigt es an der Stativklammer. Achtet darauf, dass ihr das Reagenzglas möglichst schräg einspannt und der Brenner unter das Reagenzglas gestellt werden kann. 5. Schiebt mithilfe der Pinzette das Kupferblech in das Reagenzglas. Der Abstand zwischen den Iodkristallen und dem Kupferblech sollte ca. 4 cm betragen. 6. Verschließt das Reagenzglas mit dem schlaffen Luftballon. Notiert das Aussehen der Ausgangsstoffe im Reagenzglas vor dem Experiment. 7. Erhitzt mit der rauschenden Flamme des Brenners die Iodkristalle, bis violette Dämpfe das Kupferblech umschließen. 8 Erhitzt nun auch das Kupferblech, bis eine Veränderung sichtbar wird. Schließt dann die Gaszufuhr und schaltet den Brenner ab. Notiert das Aussehen der Stoffe während der Reaktion. 9. Lasst das Reagenzglas abkühlen und entleert den Inhalt auf das Uhrglas. Notiert das Aussehen der Stoffe nach der Reaktion. Auswerten a) Lest euch den Info-Text „Edukt Edukt Produkt durch. b) Fasst eure Beobachtungen und Ergebnisse im Versuchsprotokoll „Edukt Edukt Produkt zusammen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger M3 10 von 28 M4 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen Edukt Edukt Produkt – Info-Text Station 1: Edukt Edukt Produkt – Info-Text In der Chemie werden Stoffe, die vor einer Reaktion vorhanden sind, als Ausgangsstoffe oder Edukte bezeichnet. Die Stoffe nach einer Reaktion heißen Reaktionsprodukte. Edukte und Reaktionsprodukte können unterschiedliche Aggregatzustände haben: fest, flüssig und gasförmig. Die Benennung der Übergänge zwischen den Zuständen kannst du der Abbildung entnehmen. Der Übergang von einem in einen anderen Aggregatzustand verändert nur die physikalische Erscheinungsform. Es entsteht dabei kein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften. Der Übergang zwischen den Aggregatzuständen ist also keine chemische Reaktion. Die Aggregatzustände und die Übergänge zwischen ihnen in der Übersicht Station 1: Edukt Edukt Produkt – Info-Text In der Chemie werden Stoffe, die vor einer Reaktion vorhanden sind, als Ausgangsstoffe oder Edukte bezeichnet. Die Stoffe nach einer Reaktion heißen Reaktionsprodukte. Die Änderung des Aggregatzustandes (fest, flüssig, gasförmig) ist keine chemische Reaktion sondern ein physikalischer Vorgang. Die Feststellung, ob es sich bei einem Vorgang um eine chemische Reaktion oder einen physikalischen Vorgang handelt, lässt sich mit folgender Frage klären: Kann man durch eine Erhöhung oder Senkung der Temperatur die Reaktionsprodukte wieder in die Ausgangsstoffe überführen? Lautet die Antwort „Ja, haben wir es mit einem physikalischen Vorgang zu tun. Hier kommt es nur zur Veränderung der Aggregatzustände und nicht zur Entstehung neuer Reaktionsprodukte mit anderen Eigenschaften. Beispiel: Zur Herstellung von Eiswürfeln wird Wasser im flüssigen Zustand in eine Eiswürfelbox gefüllt und in die Gefriertruhe gestellt, wo die Temperatur sehr stark gesenkt wird. Nach einigen Stunden wird aus dem flüssigen Wasser festes Eis. Lässt man einen Eiswürfel bei Raumtemperatur liegen, so wird die Temperatur erhöht und es bildet sich wieder flüssiges Wasser. Lautet die Antwort „Nein, haben wir es mit einer chemischen Reaktion zu tun. Hier entstehen neue Reaktionsprodukte mit anderen Eigenschaften. Beispiel: Legt man ein rohes Ei ins siedende Wasser und lässt es kochen, wird man feststellen, dass das Ei im Inneren hart geworden ist: Das klare, flüssige Eiweiß ist durch das Kochen weiß und hart geworden. Das Eigelb hat seine Farbe beibehalten, aber die Konsistenz verändert. Hätte man es beim Kochen des Eies mit einem physikalischen Vorgang zu tun, dann müsste durch die Abkühlung auf Raumtemperatur das Ei wieder in flüssiger Form vorliegen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger hart gekochtes Ei Foto: Thinkstock/iStock M4 Beispiel: Wenn du dir in der Eisdiele eine Kugel Schokoladeneis kaufst, handelt es sich dabei um einen Feststoff. Lässt du das Eis in der Sonne stehen, schmilzt es. Dass es keine chemische Reaktion ist, kannst du gut daran erkennen, dass du durch wiederholtes Kühlen wieder Schokoladeneis in fester Form erhältst. Chemische Reaktionen 11 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Edukt Edukt Produkt – Versuchsprotokoll Protokoll von: Klasse: M5 Datum: Beobachtungen Vor der Reaktion Das Kupferblech hat eine Farbe. Es metallisch. Es ist da man es mit den Händen gut falten kann. Der Aggregatzustand ist Die Iodkristalle haben eine Farbe und sie Aggregatzustand ist Der Während der Reaktion Beim Erwärmen der des entsteht Iodgas nicht mehr zu sehen. Das Aussehen des ist das Kupfers Iodgas. Beim Erwärmen Nach der Reaktion Auf dem Kupferblech hat sich eine Schicht gebildet, die leicht Sie hat keinen Glanz. Ergebnis: Iod ist der Durch die stand von nach standene violette zweiten hat es seinen Aggregatzu- verändert. Es Das dadurch ent- reagiert durch die weitere mit dem dem Es ist nach kurzer Zeit Auf dem Kupfer hat sich eine gebildet. Durch den Vergleich der vor und nach dem Versuch kann man fest- stellen, dass diese entstandene Schicht ein sein muss, da er hat (Farbe, Biegsamkeit, Glanz). Bei einer chemischen Reaktion entstehen aus die bestimmte Eigenschaften haben, neue mit anderen Eigenschaften. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 12 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen Bleibt die Masse gleich? – Schülerversuch M6 Bei einer chemischen Reaktion entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Aber wie verändert sich eigentlich die Masse der Stoffe? Untersucht dies im folgenden Versuch. Schülerversuch in Kleingruppen Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. So führt ihr den Versuch durch 1. Stellt die folgenden Materialien bereit. Das benötigt ihr 1 Schutzbrille (pro Schüler) 1 Packung Streichhölzer Wasser 1 Reagenzglas 1 Becherglas 1 Reagenzglashalter 1 Luftballon 1 Stativ 1 Doppelmuffe 1 Stativklammer 1 Gasbrenner 1 Waage Beschreibt das Aussehen der Streichhölzer möglichst genau. 2. Gebt drei Streichhölzer mit den Köpfen nach unten in das Reagenzglas und verschließt es mit dem Luftballon. Wiegt das gefüllte Reagenzglas mit Luftballon. 3. Befestigt die Stativklammer mithilfe der Doppelmuffe am Stativ. Spannt das gefüllte Reagenzglas mit Luftballon in der Stativklammer ein. Achtet darauf, dass das Reagenzglas möglichst schräg eingespannt wird und der Brenner unter das Reagenzglas gestellt werden kann. 4. Erhitzt mit der rauschenden Flamme des Brenners die Streichhölzer bis zur Entzündung. Schließt dann die Gaszufuhr und schaltet den Brenner ab. Notiert das Aussehen der Stoffe und des Luftballons während der Reaktion. 5. Lasst das Reagenzglas mithilfe des Becherglases mit Wasser abkühlen und wiegt es erneut. Beschreibt das Aussehen der entstandenen Stoffe. Auswerten a) Lest euch den Info-Text „Bleibt die Masse gleich? durch. b) Fasst eure Beobachtungen und Ergebnisse im Versuchsprotokoll „Bleibt die Masse gleich? zusammen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) 13 von 28 Bleibt die Masse gleich? – Info-Text M7 Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Info-Text In der Chemie konzentriert man sich in der Regel auf die stofflichen Vorgänge: Welche Edukte reagieren zu welchen Reaktionsprodukten? Dabei lohnt sich der Blick in die Nachbarwissenschaft Physik. Hier wird zwischen dem offenen und dem geschlossenen System unterschieden: Stoffe Energie Energie Offenes System: Austausch von Stoffen und Energie Geschlossenes System: Austausch von Energie Die Verbrennung von Streichhölzern findet in unserem Alltag in einem offenen System statt. Dabei reagiert der Sauerstoff der Luft mit dem Holz des Streichholzes. Die Reaktion wird durch die Reibung des Kopfes auf der rauen Oberfläche der Streichholzschachtel gestartet. Das sichtbare Reaktionsprodukt ist Kohle. Die nicht sichtbaren Reaktionsprodukte sind Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Verschließt man das offene System, sodass Stoffe nicht entweichen können, stellt man fest, dass sich die Gesamtmasse vor und nach der Reaktion nicht ändert. Foto: Thinkstock/iStock Station 2: Bleibt die Masse gleich? – Info-Text In früheren Zeiten, aber auch heute noch, haben chemische Reaktionen eine Aura von Zauberei oder Magie. Nach einer chemischen Reaktion scheinen Stoffe, wie von Geisterhand, verschwunden zu sein oder es sind plötzlich Stoffe da, die man vorher nicht gesehen hat. Ein Beispiel für das scheinbare Verschwinden ist die Verbrennung von Streichhölzern. Diese Verbrennung ist eine Reaktion mit Sauerstoff. Sauerstoff ist ein unsichtbares Gas und in der Luft enthalten. Als Reaktionsprodukte entstehen immer Kohlenstoffdioxid, Wasser und meistens Kohlenstoff, den wir als Kohle kennen. Das Streichholz ist ein Gegenstand, der uns im Alltag häufiger begegnet. Es besteht aus Holz und hat einen Streichholzkopf. Der Streichholzkopf ist ein Gemisch, das u. a. Schwefel enthält. Durch die Reibung an einer angerauten Fläche entsteht so viel Wärmeenergie, dass sich der Streichholzkopf entzündet. Diese Verbrennung setzt sich auf dem eigentlichen Brennmaterial, dem Holz, weiter fort. Aber nicht nur Reibung, sondern auch starke Erwärmung führt zur Entzündung. Lässt man das Streichholz vollständig verbrennen, so bleibt graue oder schwarze Kohle übrig. Die Verbrennung ist aber keine magische „Verschwindereaktion. Es findet lediglich eine Stoffumwandlung statt: Aus Holz wird u. a. Kohle. Da nichts verschwindet, kann sich die Gesamtmasse nicht verändern. Das Gesetz zur Erhaltung der Masse gilt allerdings nur in geschlossenen Systemen, aus welchen keine Stoffe entweichen können. Bei offenen Systemen entsteht deshalb manchmal der Eindruck von Magie, da man nicht berücksichtigt, dass Stoffe in Form von Gasen entweichen oder an der Reaktion beteiligt sein können. Ein Beispiel für das vermeintliche Erscheinen von Stoffen ist das Rosten von Eisen. Da Rost nicht vom Himmel regnen kann, muss es ein Reaktionsprodukt des Eisens mit Wasser und Sauerstoff sein. Es hat also nichts mit Zauberei zu tun, wenn neue Stoffe mit anderen Eigenschaften entstehen. Die Grundlage dafür ist immer eine chemische Reaktion. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger M7 14 von 28 M8 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen Bleibt die Masse gleich? – Versuchsprotokoll Protokoll von: Klasse: Datum: Beobachtungen Vor der Reaktion Farbe. Das Holz hat eine helle Die Streichholzköpfe haben eine Färbung. Die Masse (Reagenzglas mit Streichhölzern und Luftballon) beträgt g. Während der Reaktion Die Streichholzköpfe und verbrennen in einer Flamme. Der Luftballon Nach der Reaktion Das Holz der Streichhölzer ist und zu geworden. Die Masse beträgt g. Ergebnis: Die Ausgangsstoffe (Edukte) dieser chemischen sind das die Streichholzköpfe und der der Luft. Die Hitze des Brenners führt zum Dabei Gewicht und die Streichhölzer. Das der Reaktion da Stoffe hinzugekommen sind und auch keine Stoffe entzogen wurden. Es fand lediglich eine statt. Bei einer chemischen ist die Gesamtmasse der vor der Reaktion so groß wie die Gesamtmasse der nach der Reaktion. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 15 von 28 Und was ist mit der Energie? – Schülerversuch Bei einer chemischen Reaktion reagieren Ausgangsstoffe zu Reaktionsprodukten mit neuen Eigenschaften. Wie verhält es sich dabei eigentlich mit der Energie? Entsteht welche, oder muss Energie reingesteckt werden? Untersucht dies an dieser Station. Schülerversuch in Kleingruppen Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. So führt ihr den Versuch durch 1. Stellt die folgenden Materialien bereit. 1 Schutzbrille (pro Schüler) Kupfersulfat (wasserfrei) Wasser 1 Reagenzglas 1 Stativ 1 Doppelmuffe 1 Stativklammer 1 Pipette 1 Spatel 1 Thermometer 2. Gebt drei Spatelspitzen Kupfersulfat in das Reagenzglas. 3. Spannt das Reagenzglas senkrecht in das Stativ ein. Notiert das Aussehen des Kupfersulfats. 4. Messt die Temperatur und lasst das Thermometer im Reagenzglas stecken. Notiert die Temperatur vor der Reaktion. 5. Gebt mit der Pipette sechs bis acht Tropfen Wasser zum Kupfersulfat. Achtet darauf, dass das Wasser auf den Feststoff tropft und nicht am Reagenzglasrand verbleibt. 6. Messt erneut die Temperatur. Notiert das Aussehen der Stoffe während und nach der Reaktion. Notiert die Temperatur nach der Reaktion. Entsorgt die Reaktionsprodukte im Sammelbehälter für giftige anorganische Abfälle. Auswerten a) Lest euch den Info-Text „Und was ist mit der Energie? durch. b) Fasst eure Beobachtungen und Ergebnisse im Versuchsprotokoll „Und was ist mit der Energie? zusammen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger M9 16 von 28 10 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen Und was ist mit der Energie? – Info-Text Station 3: Und was ist mit der Energie? – Info-Text Alle Stoffe beinhalten Energie. Energie spielt eine große Rolle bei chemischen Reaktionen. Man unterscheidet verschiedene Energieformen, z. B. Wärme, Licht oder Elektrizität. Energie ist notwendig, um die Ausgangsstoffe (Edukte) in einen reaktionsfähigen Zustand zu versetzen. Diesen Energiebetrag, den man dafür benötigt, nennt man Aktivierungsenergie. Energie abgeben – die exotherme Reaktion Das Diagramm zeigt schematisch den Ablauf einer exothermen Reaktion. Die y-Achse ist die Energieachse. Je höher ein Punkt auf dieser Achse liegt, desto mehr Energie enthält der zugehörige Stoff bzw. enthalten die zugehörigen Stoffe. Die x-Achse stellt den Reaktionsverlauf dar. Je weiter man nach rechts auf dieser Achse wandert, desto weiter fortgeschritten ist die chemische Reaktion. Die Ausgangsstoffe (Edukte) einer exothermen Reaktion sind energiereicher im Vergleich zu den Reaktionsprodukten. Aus diesem Grund findet man sie im oberen Bereich der Energieachse, aber sehr weit links auf der Reaktionsverlaufsachse, da die Reaktion noch nicht begonnen hat. Die Kurve zwischen den Edukten und Reaktionsprodukten steigt erst an und fällt anschließend, bis sie auf einem Energieniveau im unteren Bereich mit den Reaktionsprodukten endet. Interessant dabei ist, dass diese Kurve nicht direkt nach unten verläuft, sondern einen Bogen nach oben macht. Der Anstieg vom Energieniveau der Edukte bis zum höchsten Punkt dieser Kurve ist die Energie, die den Edukten zusätzlich zugeführt werden muss, damit die Reaktion erfolgen kann. Man bezeichnet diesen Energiebetrag als Aktivierungsenergie. Man sagt: Bei einer exothermen chemischen Reaktion sind die Edukte energiereicher als die Reaktionsprodukte. Energie aufnehmen – die endotherme Reaktion Bei einer endothermen Reaktion enthalten die Ausgangsstoffe (Edukte) weniger Energie als die Reaktionsprodukte. Im Diagramm sind sie im linken, unteren Teil der Abbildung zu finden. Die Kurve zwischen den Edukten und Reaktionsprodukten steigt erst recht lange an und fällt anschließend, bis sie auf einem Energieniveau im oberen Bereich mit den Reaktionsprodukten endet. Der Energiebetrag zwischen den Edukten und dem höchsten Punkt der Kurve ist die Aktivierungsenergie. Man sagt: Bei einer endothermen chemischen Reaktion sind die Reaktionsprodukte energiereicher als die Edukte. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) 17 von 28 Station 3: Und was ist mit der Energie? – Info-Text Alle Stoffe beinhalten Energie. Energie spielt eine große Rolle bei chemischen Reaktionen. Man unterscheidet verschiedene Energieformen, z. B. Wärme, Licht oder Elektrizität. Wärme oder thermische Energie haben in der Schulchemie die größte Bedeutung. Sie ist notwendig, um die Edukte in einen reaktionsfähigen Zustand zu versetzen. Diesen Energiebetrag, den man dafür benötigt, nennt man Aktivierungsenergie. Exotherme Reaktion Bei einer exothermen Reaktion wird Energie in Form von Wärme frei. Das Diagramm zeigt schematisch den Ablauf einer exothermen chemischen Reaktion. Die Ausgangsstoffe (Edukte) einer exothermen Reaktion sind energiereicher im Vergleich zu den Reaktionsprodukten. Die Kurve zwischen den Edukten und Reaktionsprodukten steigt erst an und fällt anschließend, bis sie auf einem Energieniveau im unteren Bereich mit den Reaktionsprodukten endet. Interessant dabei ist, dass diese Kurve nicht direkt nach unten verläuft, sondern einen Bogen nach oben macht. Der Anstieg vom Energieniveau der Edukte bis zum höchsten Punkt dieser Kurve ist die Aktivierungsenergie. Die frei werdende Energie ist die Energiemenge, die bei der chemischen Reaktion als Wärmeenergie abgegeben wird. Man sagt: Bei einer exothermen chemischen Reaktion sind die Edukte energiereicher als die Reaktionsprodukte. Endotherme Reaktion Eine endotherme Reaktion verbraucht Energie in Form von Wärme. Bei einer endothermen Reaktion enthalten die Ausgangsstoffe (Edukte) weniger Energie als die Reaktionsprodukte. Die Kurve zwischen den Edukten und Reaktionsprodukten steigt erst recht lange an und fällt anschließend, bis sie auf einem Energieniveau im oberen Bereich des Diagramms mit den Reaktionsprodukten endet. Der Energiebetrag zwischen den Edukten und dem höchsten Punkt der Kurve ist die Aktivierungsenergie. Die Reaktionsenergie ist die Energiemenge, die bei der Reaktion tatsächlich der Umgebung entzogen wird. Man sagt: Bei einer endothermen chemischen Reaktion sind die Reaktionsprodukte energiereicher als die Edukte. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 10 18 von 28 11 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen Und was ist mit der Energie? – Versuchsprotokoll Protokoll von: Klasse: Datum: Beobachtungen Vor der Reaktion Ausgangsstoff 1 (Kupfersulfat) ist ein Pulver. Die Temperatur beträgt C. Während der Reaktion Bei Zugabe von (Ausgangsstoff 2) zu dem leises zu hören. An den Stellen, ist ein wo beide Ausgangsstoffe entsteht ein Reaktionsprodukt. Nach der Reaktion Es ist ein Reaktionsprodukt entstanden. Die Temperatur ist auf ca. C gestiegen. Ergebnis: Bei der Reaktion zwischen und sich um eine handelt es Reaktion. Der Anstieg der Temperatur zeigt, dass abgegeben wurde. Um diese Reaktion zu starten, reichte die Raumtemperatur als aus. Bei einer chemischen Reaktion wird Energie in Form von frei. Bei einer chemischen Reaktion dagegen wird der Umgebung Energie entzogen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 19 von 28 Umkehrbar oder nicht? – Schülerversuch Bei einer chemischen Reaktion entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften. Lassen sich aus den Reaktionsprodukten aber auch wieder die Ausgangsstoffe gewinnen? Dies erforscht ihr an dieser Station. Schülerversuch in Kleingruppen Vorbereitung: 10 min Durchführung: 15 min Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. So führt ihr den Versuch durch 1. Stellt die folgenden Materialien bereit. Das benötigt ihr 1 Schutzbrille (pro Schüler) Kupfersulfat (wasserfrei) Wasser 1 Reagenzglas (groß) 1 Becherglas 1 Erlenmeyerkolben Stativmaterial 1 Pipette 1 Spatel 1 Thermometer 1 Gasbrenner 1 durchbohrter Stopfen 1 gebogenes Glasrohr mit Gummischlauch Teilversuch 1: 2. Gebt acht Spatelspitzen Kupfersulfat (wasserfrei) in das Reagenzglas. 3. Spannt das Reagenzglas senkrecht mithilfe von Doppelmuffe und Stativklammer in das Stativ ein. Notiert das Aussehen und messt die Temperatur. Lasst das Thermometer im Reagenzglas stecken. 4. Gebt 20 Tropfen Wasser zum Kupfersulfat. Achtet darauf, dass das Wasser auf den Feststoff tropft und nicht am Reagenzglasrand verbleibt. Notiert das Aussehen der Stoffe während und nach der Reaktion. 5. Lasst die Reaktionsprodukte auf Raumtemperatur im Becherglas mit Wasser abkühlen. Teilversuch 2: 6. Befestigt das Reagenzglas schräg am Stativ, sodass der Brenner daruntergestellt werden kann. 7. Verschließt das Reagenzglas mit dem Stopfen und platziert es so, dass es über die Glasrohr-Schlauch-Konstruktion in den Erlenmeyerkolben hineinragt. 8 Erhitzt das Reaktionsgemisch vorsichtig. Notiert das Aussehen der Stoffe während und nach der Reaktion. Entsorgt die Reaktionsprodukte im Sammelbehälter für giftige anorganische Abfälle bzw. für Schwermetall-Salze. Auswerten a) Lest euch den Info-Text „Umkehrbar oder nicht? durch. b) Fasst eure Beobachtungen und Ergebnisse im Versuchsprotokoll „Umkehrbar oder nicht? zusammen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 12 20 von 28 13 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen Umkehrbar oder nicht? – Info-Text Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Info-Text Ein besonderes Phänomen in der Chemie ist die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen. Aus Ausgangsstoffen (Edukten) können unter Einfluss von Energie Reaktionsprodukte entstehen. Diese Reaktionsprodukte lassen sich oft wieder in die Edukte überführen. Es handelt sich hierbei um zwei chemische Reaktionen. Eine Reaktion ist exotherm und die andere endotherm. Grundsätzlich ist das ein sehr einfacher Sachverhalt. Allerdings gibt es hier zwei Gesichtspunkte, die das Verständnis erschweren können. 1. Nicht jede chemische Reaktion lässt sich umkehren. Lässt man z. B. Zucker karamellisieren, so kann man unter keinen Umständen wieder weißen, kristallinen Zucker bekommen. 2. Im Hinblick auf die Umkehrbarkeit können chemische Reaktionen und physikalische Vorgänge leicht verwechselt werden. Führt man Wasser Energie zu, verdampft es. Entzieht man dem Wasserdampf Energie, kondensiert er und man erhält wieder flüssiges Wasser. Hier findet eine Umkehrung statt, aber es erfolgt kein Stoffumsatz und somit keine chemische Reaktion. Der Stoff bleibt Wasser, er hat lediglich seinen Aggregatzustand geändert. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) 21 von 28 Station 4: Umkehrbar oder nicht? – Info-Text 13 Die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen ist ein besonderes Phänomen in der Chemie. Aus Ausgangsstoffen (Edukten) entstehen Reaktionsprodukte, die unter Umständen anschließend wieder zu den ursprünglichen Stoffen reagieren können. Bedingung dafür sind die energetischen Voraussetzungen, bei welchen Energie zugeführt bzw. frei wird. Schematische Darstellung der umkehrbaren Reaktionen zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Eine bekannte umkehrbare Reaktion ist die Knallgasreaktion, bei welcher Sauerstoff und Wasserstoff unter einem lauten Knall zu Wasser reagieren (exotherme Reaktion). Wasser kann unter einem großen Energieaufwand in einem sogenannten Zersetzungsapparat wieder in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden (endotherme Reaktion). Braten Energiezufuhr 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Fotos: Thinkstock/Hemera/iStock Allerdings sind nicht alle chemischen Reaktionen umkehrbar. So kann ein Spiegelei unter keinen Umständen wieder zu einem rohen Ei reagieren. 22 von 28 14 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen Und was ist mit der Energie? – Versuchsprotokoll Protokoll von: Klasse: Datum: Beobachtungen Vor der Reaktion Teilversuch 1: Kupfersulfat (wasserfrei) ist ein kristallines Pulver. Wasser ist eine durchsichtige Die Temperatur beider Stoffe ist Teilversuch 2: Das Reaktionsprodukt hat Raumtemperatur angenommen. Es hat eine Konsistenz. Während der Reaktion Teilversuch 1: Bei Zugabe von zum ist ein leises Zischen zu hören. An den Stellen, wo beide Stoffe miteinander in Berührung kommen, entsteht ein Reaktionsprodukt. Die Temperatur Teilversuch 2: Durch das des blauen Reaktionsprodukts aus dem Teil- versuch 1 bildet sich im des Reagenzglases Kondens Nach der Reaktion Teilversuch 1: Es ist ein auf ca. Reaktionsprodukt entstanden. Die Temperatur ist C gestiegen. Teilversuch 2: Das blaue Reaktionsprodukt hat wieder eine und liegt als Farbe angenommen vor. Der Wasserdampf im Erlen- meyerkolben. Ergebnis: Die Reaktion zwischen führt zur Entstehung eines weniger und Reaktionsprodukts, das enthält als die Ausgangsstoffe. Durch das Hinzuführen von in Form von (endotherme Reaktion) entstehen wieder die Ausgangsstoffe: Wasser und Kupfersulfat (wasserfrei). Chemische Reaktionen sind oft 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8/9) 23 von 28 Hinweise 1.–6. Stunde (M 3–M 15) So bereiten Sie die Lernstraße 2–M 14 vor Kopieren Sie die beiden Niveaustufen der Info-Texte 4, 7, 10 und 13 jeweils im halben Klassensatz und die Versuchsprotokolle 5, 8, 11 und 14 im Klassensatz. Die Versuchsanleitungen 3, 6, 9 und 12 sowie den Laufzettel 2 benötigen Sie, je nach Gruppengröße, im halben, drittel oder viertel Klassensatz. Kopieren Sie auch die Lösungskarten mehrfach. Legen Sie dann die Kopien, Lösungskarten und Materialien für die Schülerversuche (siehe „Die Einheit im Überblick) am Lehrerpult bereit. Tipp Legen Sie die Materialien am besten geordnet nach Stationen in Kisten, die an einem Ort im Fachraum aufgebaut werden. Legen Sie die Lösungskarten unter die Kisten, sodass die Schüler sich diese selbstständig holen und ihre Aufgaben vergleichen können. So gelingt Ihnen ein Einstieg in die Stunde Legen Sie die Farbfolie 1 auf. Sie zeigt Fotos von verschiedenen chemischen Reaktionen aus dem Alltag. Wenn die Schüler es gewohnt sind, auf stumme Impulse zu reagieren, kann der erste Schüler gleich damit beginnen, seine Gedanken zu den Fotos zu äußern. Sie können auch mit einer Aufforderung wie „Was haben die Fotos mit chemischen Reaktionen zu tun? das Gespräch eröffnen. Ebenfalls können Sie die Überschrift abdecken und mit der Aufforderung, eine Überschrift für die Folie zu finden, in die Unterrichtsreihe starten. Auf Farbfolie 1 sind folgende chemische Reaktionen dargestellt: Foto 1 Backen (der Teig wird durch Hitzeeinwirkung zu genießbarem Kuchen), Foto 2 Die Wunderkerze verbrennt unter Funkenbildung. Schwarze Verbrennungsprodukte (Metalloxide) bleiben übrig, Foto 3 Der Streichholzkopf entflammt nach Wärmeentstehung durch Reibung und das Zündholz verbrennt zu Kohle, Foto 4 Ein Apfel verfault nach Zersetzung durch Fäulnisbakterien, Foto 5 Eisen verrostet durch Reaktion mit dem Sauerstoff aus der Luft, Foto 6 Ein rohes Ei brät unter Hitzeeinwirkung zum Spiegelei, Foto 7 Papier verbrennt nach Entzündung. Es entstehen grau-weiße Verbrennungsrückstände, Kohlenstoffdioxid und Wasser, Foto 8 Eine Brausetablette löst sich in Wasser. Dabei reagieren unter Anwesenheit von Wasser Bestandteile der Brausetablette miteinander. Es entsteht dabei u. a. Kohlenstoffdioxid, was man am Sprudeln erkennen kann. Mit den folgenden Fragen können Sie im nun anschließenden Unterrichtsgespräch neue Impulse einbringen: – Was ist eine chemische Reaktion? (Zwei Ausgangsstoffe reagieren miteinander zu einem oder mehreren Reaktionsprodukten mit neuen Eigenschaften.) – Woran kann man erkennen, dass bei den dargestellten Situationen jeweils eine chemische Reaktion abgelaufen ist? (Es entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften, z. B. Kuchen, Kohle, Rost, Kohlenstoffdioxid.) – Welche der dargestellten Reaktionen laufen von selbst bei Raumtemperatur ab? (Apfel verfault, Fahrradlenker verrostet, Bestandteile der Brausetablette reagieren unter Anwesenheit von Wasser miteinander) – Was ist der Unterschied zwischen der Reaktion einer Brausetablette in Wasser und dem Lösen von Zucker in Wasser? (Bei der Brausetablette kommt es zur Gasentwicklung, es entsteht also ein neuer Stoff, was ein Zeichen für eine chemische Reaktion ist. Beim Lösen von Zucker entstehen dagegen keine neuen Stoffe. Es ist ein rein physikalischer Vorgang.) Tipp Wenn die Schüler keine Antworten auf die Fragen finden können, lassen Sie diese vorerst unbeantwortet und stellen den Schülern in Aussicht, dass sie in der folgenden Lernstraße Antworten zu diesen Fragen erarbeiten werden. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 24 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen So setzen Sie die Lernstraße 2–M 14 ein Kündigen Sie an, dass die Schüler in der folgenden Lernstraße an vier Stationen die Merkmale einer chemischen Reaktion genauer unter die Lupe nehmen werden. Teilen Sie den Laufzettel 2 aus und besprechen Sie das Vorgehen beim Stationenlernen. Die Info-Texte gibt es jeweils in zwei Schwierigkeitsstufen. Die Schüler können bei jeder Station neu entscheiden, welches Niveau sie wählen möchten. Die einzelnen Stationen können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Während die Schüler arbeiten, stehen Sie beratend zur Seite. Sobald eine Station erledigt ist, haken die Schüler sie auf dem Laufzettel 2 ab und notieren sich Fragen oder Unklarheiten, die beim Bearbeiten der Station aufgekommen sind. Differenzieren Die Lernstraße bietet an jeder Station Info-Texte auf zwei Schwierigkeitsstufen an, sodass sich die Schüler entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit ein Arbeitsblatt aussuchen können. Sind die Klassen bereits geübt im Schreiben von Versuchsprotokollen, stehen Ihnen als Zusatzmaterial auf CD ) zu jedem Schülerversuch außerdem Vorlagen für Versuchsprotokolle mit weniger Hilfestellungen zur Verfügung. Sollten einzelne Schüler Schwierigkeiten beim Experimentieren haben, befinden sich als Zusatzmaterial auf CD ) außerdem Fotos zu allen Versuchen, die Sie bei Bedarf einsetzen können. So schließen Sie die Lernstraße ab Die Arbeit an den Stationen sollte in der 5. Stunde beendet werden. Besprechen Sie die Ergebnisse der Schüler und klären Sie in einer abschließenden Reflexion nochmals Fragen und Probleme, die die Schüler auf dem Laufzettel 2 notiert haben. Lernerfolgskontrolle mit den Lernkarten 15 Mithilfe der Lernkarten 15 können die Schüler ihr Wissen aus der Einheit selbstständig und in ihrem eigenen Tempo überprüfen und so ihren Wissensstand einschätzen. Kopieren Sie hierfür die Lernkarten 15 im halben Klassensatz, falten Sie die Karten entlang der gestrichelten Linie und kleben Sie die beiden Längshälften aufeinander, sodass sich jede Antwortkarte auf der Rückseite der zugehörigen Fragekarte befindet. Schneiden Sie die einzelnen Karten aus und halten Sie jeden Kartensatz mit einem Gummiband oder einer Büroklammer zusammen. Es empfiehlt sich, auf farbiges Papier auszudrucken, um zu verhindern, dass verschiedene Kartensätze miteinander vermischt werden. Wenn Sie die Karten zusätzlich laminieren, können Sie die Kartensätze über Jahre hinweg verwenden. Alternativ können Sie die Karten auch auf farbigen Karton drucken. Alternative Sie befürchten, dass die Schüler mogeln könnten? Dann stellen Sie nur Karten der Fragen her und legen die Lösungen als Lösungsblatt am Lehrerpult aus. Die Schüler schreiben ihre Antworten dann auf und kontrollieren anschließend selbstständig mithilfe des Lösungsblatts. Teilen Sie einen Kartensatz an jeweils ein Zweierteam aus oder legen Sie die Karten im halben Klassensatz an einem Sammeltisch (je einen Stapel Karte 1, Karte 2 usw.) aus. Die Schüler holen sich dann jeweils eine Karte an ihren Platz, lösen die Frage, überprüfen ihre Lösung, bringen die Karte wieder an den Sammeltisch und holen sich die nächste Karte. Auf diese Weise haben Sie einen guten Überblick darüber, wie weit die einzelnen Schüler gekommen sind. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 25 von 28 Lösungen zu den Stationen 1 – 4 (M 3–M 14) Lösung: Station 1: Edukt Edukt Produkt – Versuchsprotokoll Beobachtungen Vor der Reaktion: Das Kupferblech hat eine rot-braune Farbe. Es glänzt metallisch. Es ist biegsam, da man es mit den Händen gut falten kann. Der Aggregatzustand ist fest. Die Iodkristalle haben eine grau-schwarze Farbe und sie glänzen. Der Aggregatzustand ist fest. Während der Reaktion Beim Erwärmen der Iodkristalle entsteht violettes Iodgas. Beim Erwärmen des Kupfers ist das violette Iodgas nicht mehr zu sehen. Das Aussehen des Kupfers verändert sich. Nach der Reaktion Auf dem Kupferblech hat sich eine gelblich-weiße Schicht gebildet, die leicht abblättert. Sie hat keinen metallischen Glanz. Ergebnis: Iod ist der Ausgangsstoff. Durch die Erwärmung hat es seinen Aggregatzustand von fest nach gasförmig verändert. Es sublimiert. Das dadurch entstandene violette Iodgas reagiert durch die weitere Erwärmung mit dem zweiten Ausgangsstoff, dem Kupfer. Es ist nach kurzer Zeit nicht mehr zu sehen. Auf dem Kupfer hat sich eine gelblichweiße Schicht gebildet. Durch den Vergleich der Eigenschaften vor und nach dem Versuch kann man feststellen, dass diese entstandene Schicht ein neuer Stoff (Reaktionsprodukt) sein muss, da er andere Eigenschaften hat (Farbe, Biegsamkeit, Glanz). Bei einer chemischen Reaktion entstehen aus Ausgangsstoffen, die bestimmte Eigenschaften haben, neue Reaktionsprodukte mit anderen Eigenschaften. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 26 von 28 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Chemische Reaktionen Lösung: Station 2: Bleibt die Masse gleich!? – Versuchsprotokoll Beobachtungen Vor der Reaktion: Die Streichholzköpfe haben eine rote Farbe. Das Holz hat eine helle gelblich-braune Färbung. Die Masse (Reagenzglas mit Streichhölzern und Luftballon) beträgt (x) g. Während der Reaktion Die Streichholzköpfe entzünden sich und verbrennen in einer gelb-orangen Flamme. Der Luftballon wird aufgeblasen. Nach der Reaktion Das Holz der Streichhölzer ist verbrannt und zu schwarzer Kohle geworden. Die Masse beträgt (x) g. Ergebnis: Die Ausgangsstoffe (Edukte) dieser chemischen Reaktion sind das Holz der Streichhölzer, die Streichholzköpfe und der Sauerstoff der Luft. Die Hitze des Brenners führt zum Start der Reaktion. Dabei verbrennen die Streichhölzer. Das Gewicht vor und nach der Reaktion verändert sich nicht, da keine neuen Stoffe hinzugekommen sind und auch keine Stoffe entzogen wurden. Es fand lediglich eine Stoffumwandlung statt. Bei einer chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Stoffe vor der Reaktion so groß wie die Gesamtmasse der Stoffe nach der Reaktion. Lösung: Station 3: Und was ist mit der Energie? – Versuchsprotokoll Beobachtungen Vor der Reaktion Ausgangsstoff1 (Kupfersulfat) ist ein weißes Pulver. Die Temperatur beträgt (x) C. Während der Reaktion Bei Zugabe von Wasser (Ausgangsstoff 2) zu dem Feststoff ist ein leises Zischen zu hören. An den Stellen, wo beide Ausgangsstoffe miteinander in Berührung kommen, entsteht ein bläuliches Reaktionsprodukt. Nach der Reaktion Es ist ein bläuliches Reaktionsprodukt entstanden. Die Temperatur ist auf ca. 70 C gestiegen. Ergebnis: Bei der Reaktion zwischen Kupfersulfat und Wasser handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Der Anstieg der Temperatur zeigt, dass Wärme abgegeben wurde. Um diese Reaktion zu starten, reichte die Raumtemperatur als Aktivierungsenergie aus. Bei einer exothermen chemischen Reaktion wird Energie in Form von Wärme frei. Bei einer endothermen chemischen Reaktion dagegen wird der Umgebung Energie entzogen. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Chemische Reaktionen 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) 27 von 28 Lösung: Station 4: Ist eine chemische Reaktion umkehrbar? – Versuchsprotokoll Beobachtungen Vor der Reaktion Teilversuch 1: Kupfersulfat (wasserfrei) ist ein weißes, kristallines Pulver. Wasser ist eine durchsichtige Flüssigkeit. Die Temperatur beider Stoffe ist Raumtemperatur. Teilversuch 2: Das blaue Reaktionsprodukt hat Raumtemperatur angenommen. Es hat eine zähflüssige Konsistenz. Während der Reaktion Teilversuch 1: Bei Zugabe von Wasser zum Kupfersulfat ist ein leises Zischen zu hören. An den Stellen, wo beide Edukte miteinander in Berührung kommen, entsteht ein bläuliches Produkt. Die Temperatur steigt. Teilversuch 2: Durch das Erhitzen des blauen Produkts aus dem Teilversuch 1 bildet sich im Inneren des Reagenzglases Kondenswasser. Nach der Reaktion Teilversuch 1: Es ist ein bläuliches Produkt entstanden. Die Temperatur ist auf ca. 70 C gestiegen. Teilversuch 2: Das blaue Reaktionsprodukt hat wieder eine weiße Farbe angenommen und liegt als Feststoff vor. Der Wasserdampf kondensiert im Erlenmeyerkolben. Ergebnis: Die exotherme Reaktion zwischen Kupfersulfat und Wasser führt zur Entstehung eines blauen Reaktionsprodukts, das weniger Energie enthält als die Ausgangsstoffe. Durch das Hinzuführen von Energie in Form von Wärme (endotherme Reaktion) entstehen wieder die Ausgangsstoffe: Wasser und Kupfersulfat (wasserfrei). Chemische Reaktionen sind oft umkehrbar. 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger 28 von 28 Chemische Reaktionen Alles klar!? – Die chemische Reaktion 1. Was ist der Unterschied zwischen einer chemischen Reaktion und dem Kondensieren? Lösung zu 1: Bei einer chemischen Reaktion entsteht ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften. Beim Kondensieren ändert sich lediglich der Aggregatzustand eines Stoffes von gasförmig nach flüssig. 2. Wie verändert sich in einem geschlossenen System die Masse der an einer chemischen Reaktion beteiligten Stoffe? Lösung zu 2: Die Masse bleibt gleich: Die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe entspricht der Gesamtmasse der Reaktionsprodukte. 3. Was sind die Unterschiede zwischen einem geschlossenen und einem offenen System? Lösung zu 3: Im offenen System findet ein Austausch von Stoffen und Energie statt. In einem geschlossenen System dagegen nur ein Austausch von Energie. 4. Was ist an der Aussage „Die Verbrennung eines Streichholzes ist eine magische Verschwindereaktion falsch? Lösung zu 4: Bei der Verbrennung eines Streichholzes verschwinden keine Stoffe auf magische Weise. Das Streichholz reagiert stattdessen zu Kohlenstoff, Wasser und CO2. 5. Was versteht man unter der Aktivierungsenergie? Lösung zu 5: Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die notwendig ist, um die Ausgangsstoffe in einen reaktionsfähigen Zustand zu versetzen. 6. Was ist der Unterschied zwischen einer exothermen und einer endothermen chemischen Reaktion? Lösung zu 6: Bei einer exothermen Reaktion wird Energie freigesetzt. Bei einer endothermen Reaktion dagegen wird Energie der Umgebung entzogen. 7. Welche Stoffe enthalten bei einer exothermen Reaktion mehr Energie: die Edukte oder die Reaktionsprodukte? Lösung zu 7: Bei einer exothermen Reaktion enthalten die Edukte mehr Energie. (Diese wird dann im Laufe der exothermen Reaktion freigesetzt.) 8 Was wird im Energiediagramm dargestellt? Lösung zu 8: Das Energiediagramm zeigt schematisch den Ablauf einer chemischen Reaktion. Dabei ist die y-Achse die Energieachse und die x-Achse stellt den Reaktionsverlauf dar. 9. Die Reaktion von Kupfersulfat mit Wasser ist eine umkehrbare Reaktion. Wie kann man das im Experiment feststellen? Lösung zu 9: Wenn man das Reaktionsprodukt aus der Reaktion von Kupfersulfat mit Wasser erhitzt, entsteht wieder Kupfersulfat. 10. Nenne ein Beispiel für eine Reaktion aus dem Alltag, die nicht umkehrbar ist. Lösung zu 10: z. B. Ei kochen, Zucker karamellisieren, Kuchen backen 11. Was ist der Unterschied zwischen einer umkehrbaren Reaktion und dem Schmelzen von Eis? Lösung zu 11: Bei einer umkehrbaren Reaktion kommt es zu einer Stoffumwandlung. Beim Schmelzen von Eis dagegen entstehen keine neuen Stoffe: Es handelt sich um keine chemische Reaktion, sondern nur um einen physikalischenVorgang. falten 16 RAAbits Realschule Chemie September 2016 www.RAAbits.de Chemie iris rÃegsegger Bilder: Thinkstock/iStock 15 5. Lernstraße „Chemische Reaktionen (Kl. 8 /9) Dieses Werk ist Bestandteil des Online-Portals RAAbits Chemie Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. 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