Experimente im Chemieunterricht Band 1 - didaktisch begründet auswählen und sicher durchführen

About this book „Welches von den vielen Experimenten soll ich denn nun nehmen? Wie ordne ich die Experimente sinnvoll in einer Unterrichtsreihe an? Was muss ich bei der Durchführung bedenken?“ Wenn Sie sich als Lehramtsstudierende\*r, Lehrkraft im Vorbereitungsdienst, Chemie fachfremd unterrichtende Lehrkraft oder frisch eingestellte Chemielehrkraft diese oder ähnliche Fragen bei der Planung Ihres Chemieunterrichts stellen, halten Sie gerade die ideale Planungshilfe in den Händen. Auch „alte Hasen“ können mit dieser Handreichung ihr Repertoire an Experimentierkunst erweitern. Die zwei Bände Experimente im Chemieunterricht enthalten eine Sammlung von nahezu 400 praxiserprobten Schulexperimenten für den Chemieunterricht der Sekundarstufen I und II. Darüber hinaus sind zu jedem Experiment Durchführungshinweise und Gefährdungseinstufungen, Anregungen zur inhaltlichen Strukturierung des jeweiligen Unterrichtsthemas sowie Angaben zur fachlichen und fachdidaktischen Einbettung aufgeführt. Videos zur Handhabung ausgewählter Geräte sowie zu zentralen Arbeitsweisen der Chemie unterstützen die Gestaltung eines sicheren und gefahrenminimierten Chemieunterrichts. Als weiteres digitales Zusatzmaterial wird zu jedem Experiment eine editierbare Word-Version bereitgestellt. Diese einzigartige Kombination von experimenteller und fachlich-fachdidaktischer Betrachtung hilft Ihnen bei der begründeten Auswahl von Experimenten sowie bei deren sachgerechter Einbindung in die jeweilige Unterrichtsreihe und schafft so eine wesentliche Voraussetzung für gelingenden Chemieunterricht. Experimente im Chemieunterricht – ein Muss für jede Chemielehrkraft! Die Autoren Bernhard Sieve ist Fachleiter für Chemie am Studienseminar Stadthagen und Lehrbeauftragter für Chemiedidaktik an der Leibniz Universität Hannover. Neben dem lernförderlichen Einsatz digitaler Medien im Chemieunterricht befasst er sich mit der Entwicklung von neuen Zugängen für den experimentell orientierten Chemieunterricht. Sabine Struckmeier ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Didaktik der Chemie im Institut für Didaktik der Naturwissenschaften an der Leibniz Universität Hannover. Ihre Arbeitsgebiete sind der experimentell orientierte Chemieunterricht, das forschende Lernen und naturwissenschaftlich-technische Themen in der beruflichen Bildung. Dominic Böhm kam während seines Lehramtstudiums in Kontakt mit der Chemiedidaktik der Leibniz Universität Hannover. Der experimentell orientierte Chemieunterricht wurde für ihn schnell ein unerlässlicher Baustein zur Vermittlung von Chemie. Dadurch geprägt engagierte er sich unter anderem in diversen Lehrerfortbildungen sowie Beratertätigkeiten bei Schullehrwerken mit experimentellem Kontext. Zielsetzung und Konzeption der Bände Inhaltsverzeichnis 1 Es muss nicht immer ein Reagenzglas sein 1.1 Spritzen, Kanülen und Stopfen 1.2 Schläuche, Hähne und Verbindungen 1.3 Gefäße 2 Fachmethoden in der Chemie – Erhitzen, Messen, Wiegen 2.1 Aufbau und Funktionsweise des Gasbrenners 2.2 Erhitzen von Feststoffen und Flüssigkeiten 2.3 Wiegen und Volumen abmessen 2.4 Gleich viel ist nicht gleich schwer Anchor 6 3 Einstiege in den Chemieunterricht 3.1 „Goldherstellung“ 3.2 Untersuchung von Gummibärchen 3.2.1 Voruntersuchungen 3.2.2 Untersuchung der Inhaltsstoffe von Gummibären 3.3 Wer macht den meisten Schaum? 3.4 Untersuchung von weißen Pulvern 3.4.1 Löslichkeit 3.4.2 Elektrische Leitfähigkeit 3.4.3 Verhalten gegenüber Rotkohlsaft 3.4.4 Verhalten beim Erhitzen 3.4.5 Verhalten gegenüber Citronensäure-Lösung Anchor 13 4 Untersuchung messbarer Stoffeigenschaften 4.1 Aggregatzustände und Phasenübergänge 4.1.1 Schmelztemperatur = Erstarrungstemperatur 4.1.2 Schmelztemperaturen von Stearinsäure und Natriumthiosulfat 4.1.3 Sublimation und Resublimation 4.1.4 Trockenes Eis 4.1.5 Siedekurven von reinem Wasser und von Lösungen 4.1.6 „Der Eiskocher“ 4.1.7 Wasser siedet beim Abkühlen – Demonstration 4.1.8 Wasser siedet beim Abkühlen – Spritzentechnik 4.1.9 Die zerknautschte Metalldose 4.1.10 Verflüssigen von Feuerzeuggas durch Abkühlen 4.1.11 Verflüssigen von Feuerzeuggas durch Druck 4.2 Löslichkeit 4.2.1 Löslichkeit von Feststoffen 4.2.1.1 Feststoffe lösen sich in Wasser in unterschiedlichen Mengen 4.2.1.2 Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit von Feststoffen 4.2.2 Löslichkeit von Gasen 4.2.2.1 Gleiche Brausetabletten – verschiedene Gasvolumina? 4.2.2.2 Abhängigkeit der Gaslöslichkeit von der Temperatur 4.2.2.3 In Wasser sind Gase gelöst 4.2.2.4 Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff in Wasser 4.2.2.5 Kohlenstoffdioxidgas in tiefen Wasserschichten 4.3 Kristallisieren und Kristalle züchten 4.3.1 Kupfersulfat- und Alaun-Kristalle züchten 4.3.2 Salzkristalle – ganz schnell 4.3.3 Kristallisation von Kaliumnitrat 4.3.4 Salicylsäure – Kristallisation und schnelles Ausfällen 4.3.5 Spontane Kristallisation von Natriumthiosulfat-Pentahydrat 4.4 Anwendungen von Salz-Lösungen im Alltag 4.4.1 Kältepack und Wärmepad zur Soforthilfe 4.4.2 Kältepack Marke Eigenbau 4.4.3 Wärmepad Marke Eigenbau Anchor 34 5 Dichte 5.1 Bestimmung der Dichte von Feststoffen 5.1.1 Methoden zur Dichtebestimmung von Feststoffen 5.2 Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten 5.2.1 Dichtebestimmung von Milch 5.3 Dichte-„Probleme“ im Alltag 5.3.1 Bau eines Aerometers 5.3.2 Dichte von Schokoriegeln – MilkyWay® und Mars® 5.3.3 Cola® und Cola light® – Dichtebestimmung mit Dosen 5.3.4 Cola® und Cola light® – Dichtebestimmung der Getränke selbst 5.3.5 Wie süß sind Getränke wirklich? 5.4 Dichte von Gasen 5.4.1 Vergleich der Dichte von verschiedenen reinen Gasen 5.4.2 Demonstration der hohen Dichte von Kohlenstoffdioxid 5.4.3 Quantitative Bestimmung der Dichte von Gasen Anchor 16 6 Stofftrennung 6.1 Trennung heterogener Stoffgemische 6.1.1 Trennung einer Suspension 6.1.2 Trennung einer Emulsion 6.1.3 Trennung von Kunststoffen 6.2 Trennung homogener Stoffgemische 6.2.1 Eindampfen einer Salz-Lösung 6.2.2 Ermittlung des Gehalts gelöster Stoffe 6.2.3 Entwicklung einer Destillationsapparatur 6.2.4 Destillieren en miniature 6.2.5 Chromatografie 6.2.5.1 Papierchromatografie von Filzstiftfarben 6.2.5.2 Papierchromatografie von Lebensmittelfarben 6.2.5.3 Säulenchromatografie von Ostereierfarben 6.3 Trennungsprobleme im Alltag 6.3.1 Auftrennung und Analyse eines Cola-Getränks in zwei Varianten 6.3.2 Woraus besteht Schokolade? 6.3.3 Wassergehalt von Wurst 6.3.4 Fettgehalt von Wurst 6.3.5 Vom Steinsalz zum Kochsalz Anchor 21 7 Das Teilchenmodell der Materie 7.1 Einstiegsversuche zum Teilchenmodell 7.1.1 Molekulares Sieben 7.1.2 Molekulares Sieben mit Alginatperlen 7.1.3 Modellversuch zum Molekularen Sieben 7.1.4 Brown‘sche Molekularbewegung 7.1.5 Exkurs: Wie groß ist ein Ölsäure-Teilchen? 7.2 Anwendungen des Teilchenmodells – Volumenveränderungen 7.2.1 Volumenkontraktion beim Mischen von Wasser und Alkohol 7.2.2 Modellversuch zur Volumenkontraktion 7.2.3 Volumenkontraktion mit Ethanol und Wasser – alternative Variante 7.2.4 Volumenkontraktion bei Flüssigkeiten 7.2.5 Aceton im Seifenbeutel – Horror vacui I 7.2.6 Volumenzunahme beim Verdampfen – Horror vacui II 7.2.7 Mal rein, mal raus – Horror vacui III 7.3 Anwendungen des Teilchenmodells – Diffusion und Osmose 7.3.1 Diffusion einer Kaliumpermanganatlösung 7.3.2 Diffusion von Chlorwasserstoff und Ammoniak 7.3.3 Osmose an einer Eihaut 7.3.4 Diffusions- und Osmosevorgänge im Wasserglas („Chemischer Garten“) Anchor 21 8 Kennzeichen chemischer Reaktionen 8.1 Einführungsversuche zur chemischen Reaktion 8.1.1 Reaktion von Kupfer mit Schwefel 8.1.2 Reaktion von Zink mit Schwefel 8.1.3 Erhitzen von Zucker und Salz 8.2 Chemische Reaktionen und Energie 8.2.1 Versuche Kupfer(II)-sulfat 8.2.2 Ist die Reaktion von Eisen mit Schwefel wirklich exotherm? 8.2.3 Endotherme Reaktion lässt Wasser gefrieren 8.2.4 Brausepulver – ein endothermer Vorgang 8.3 Chemische Reaktionen benötigen Kontakt 8.3.1 Reaktionen in Petrischalen und auf Filtrierpapier 8.4 Chemische Reaktionen hin und zurück 8.4.1 Bildung und Zersetzung von Silbersulfid 8.4.2 Bildung und Zersetzung von Kupferacetat 8.4.3 Thermolyse von Diiodpentaoxid 8.5 Katalyse 8.5.1 Verbrennen eines Zuckerwürfels 8.5.2 Zerlegen von Wasserstoffperoxid Anchor 20 9 Verbrennungen und Oxidbildungsreaktionen 9.1 Verbrennung von Metallen 9.1.1 Eisenwolle am Waagebalken 9.1.2 Nachweis von Sauerstoff als Edukt von Verbrennungsreaktionen 9.1.3 Metalle in der Gasbrennerflamme 9.1.4 Metalle reagieren unterschiedlich mit Sauerstoff 9.1.5 „Schwarzwerden“ von Kupfer 9.1.6 Erhitzen von Kupfer im Vakuum 9.1.7 Kupferbrief-Versuch 9.1.8 Magnesiumverbrennung unter Luftabschluss 9.2 Verbrennung von Nichtmetallen 9.2.1 Verbrennen von Ruß 9.2.2 Kohlestaub in der Gasbrennerflamme 9.2.3 Reaktion verschiedener Elemente mit Sauerstoff 9.2.4 Verbrennen von Diamanten 9.3 Experimente mit Kerzen 9.3.1 Kerzenflamme und Flammenzonen 9.3.2 Der Kerzendocht 9.3.3 Die springende Kerzenflamme 9.3.4 Warum leuchtet die Kerzenflamme? 9.3.5 Brenndauer von Kerzen 9.3.6 Der chemische Flammenwerfer 9.4 Luft und Sauerstoff bei der Verbrennung 9.4.1 Analyse der Luft im Kolbenprober 9.4.2 Untersuchung von Luft 9.4.3 Darstellung und Untersuchung von Sauerstoff 9.4.4 Salpeter als Sauerstoffspender 9.4.5 Kaliumpermanganat als Sauerstoffspender 9.4.6 Gummibärchenhölle 9.5 Experimente mit Oxi-Reinigern 9.5.1 Nachweis von freigesetztem Sauerstoff 9.5.2 Verbrennung von Holzkohle mit Oxi-Reiniger 9.5.3 Knalleffekt mit Wachs 9.6 Experimente mit Wunderkerzen 9.6.1 Verbrennen einer Wunderkerze in Stickstoff 9.6.2 Staubemission beim Abbrennen von Wunderkerzen 9.6.3 Eine Unterwasserfackel aus Wunderkerzen 9.7 Brand und Brandbekämpfung 9.7.1 Wasser kochen in einer Papiertüte? 9.7.2 Löschen eines Paraffinbrandes 9.7.3 Verschiedene Feuerlöscher 9.7.4 Kohlenstoffdioxid-Geysir Anchor 43 10 Sauerstoffübertragungsreaktionen 10.1 Hinführung zur Oxidzerlegung 10.1.1 Zerlegung von Silberoxid 10.2 Sauerstoffübertragungsreaktionen 10.2.1 Kohlenstoffdioxid und Magnesium 10.2.2 Kohlenstoffdioxid und Magnesium – Demonstrationsversuch 10.3 Affinitätsreihe der Metalle 10.3.1 Sauerstoffübertragungen auf einer Steinplatte 10.3.2 Sauerstoffübertragungen im Reagenzglas 10.4 Metallgewinnung 10.4.1 Reaktion von Kupfer(II)-oxid mit Holzkohle 10.4.2 Kupfergewinnung aus Malachit (Cu2[(OH)2CO3]) 10.4.3 Kupfergewinnung im Kupferbrief 10.4.4 Erhitzen von Kupfer(II)-oxid im Erdgasstrom 10.4.5 Reaktion von Kupferoxid mit Eisen oder Zink 10.4.6 Thermit (Eisen(III)-oxid/Aluminium) 10.4.7 Hochofen im Reagenzglas Anchor 18 11 Vom Atommodell zur Formelsprache 11.1 Von der Massenerhaltung zur chemischen Formel 11.1.1 Massenerhaltung 11.1.2 Massenerhaltung mit Haushaltschemikalien 11.1.3 Konstantes Massenverhältnis 11.1.4 Mit wie viel Eisen reagieren 0,4 g Schwefel? 11.2 Formelermittlung am Beispiel des Wassers 11.2.1 Löschen eines Magnesiumbrandes 11.2.2 Zerlegung von Wasser durch die Reaktion mit unedlen Metallen 11.2.3 Wasserzersetzung im Hofmann-Apparat 11.2.4 Wassersynthese im Eudiometerrohr 11.2.5 Katalytische Zündung von Knallgas – Hüpfender Schnapsbecher 11.3 Eigenschaften von Wasserstoff 11.3.1 Membran-Diffusion von Wasserstoff 11.3.2 Brennbarkeit von Wasserstoff 11.3.3 Die singende Dose 11.3.4 Kerzenflamme in Wasserstoff 11.3.5 Wasserstoff als Sauerstoffakzeptor 11.4 Eigenschaften von Gasen quantifiziert – Gasgesetze 11.4.1 Volumen-Temperatur-Gesetz 11.4.2 Volumen-Druck-Gesetz 11.4.3 Druck-Temperatur-Gesetz Anchor 23 12 Elementfamilien 12.1 Alkalimetalle 12.1.1 Härte und Schnittfläche der Alkalimetalle 12.1.2 Brennbarkeit der Alkalimetalle 12.1.3 Flammenfarben der Alkalimetalle 12.1.4 Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser 12.1.5 „Natriumtanz“ 12.1.6 Nachweis des entstehenden Wasserstoffs 12.1.7 Auffangen des Reaktionsproduktes (Natriumhydroxid) 12.1.8 Nachweis von Wasserstoff im Natriumhydroxid mit Zink 12.1.9 Nachweis vom Wasserstoff im Natriumhydroxid mit Eisen 12.1.10 Formelbestimmung Lithiumhydroxid 12.1.11 Hygroskopizität des Natriumhydroxids 12.1.12 Absorption von Kohlenstoffdioxid durch Natriumhydroxid 12.1.13 Natriumhydroxid zersetzt organische Stoffe 12.2 Erdalkalimetalle 12.2.1 Flammenfarben der Erdalkalimetalle 12.2.2 Verbrennung von Calcium und Magnesium 12.2.3 Reaktion von Calcium mit Wasser 12.2.4 Reaktion von Magnesium mit Wasser 12.2.5 Versuche zum Kalkkreislauf 12.2.5.1 Reaktion von Calciumoxid mit Wasser und Löschen von Branntkalk 12.2.5.2 Abbinden von Löschkalk 12.2.5.3 Brennen von Kalkstein 12.3 Halogene 12.3.1 Herstellen von Chlor im Standzylinder 12.3.2 Herstellen von Chlor mit HTH-Chlor-Tabletten 12.3.3 Herstellen von Chlor im Mikromaßstab 12.3.4 Desinfektionswirkung von Chlor 12.3.5 Bleichwirkung von Chlor 12.3.6 Nachweis von Halogenen mit der Beilstein-Probe 12.3.7 Iodnachweis mit Stärke 12.3.8 Löslichkeit von Halogenen 12.3.9 Reaktion von Natrium mit Chlor 12.3.10 Reaktion von Chlor mit Metallen 12.3.11 Reaktion von Aluminium mit Brom 12.3.12 Reaktion von Kupfer mit Iod 12.3.13 Iod und Zink werden in Wasser vermischt 12.3.14 Reaktion von Magnesium mit Bromwasser 12.3.15 Nachweis von Halogeniden durch Fällung 12.3.16 Endotherme Reaktion: Silberfotografie 12.3.17 Reaktivität der Halogene Arbeitsgeräte für den Unterricht Literatur