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Chemie 12 (ABU)

gültig ab Schuljahr 2018/19

C 12 Lernbereich 1: Wie Chemiker denken und arbeiten
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • kennen die Bedeutung der Gefahrstoffkennzeichnung und leiten daraus Maßnahmen zum sicherheitsgerechten Umgang mit Laborchemikalien und deren umweltgerechter Entsorgung ab und setzen diese um.
  • setzen fachgemäße Arbeitstechniken bei der selbständigen, sicherheitsgerechten Durchführung qualitativer und quantitativer naturwissenschaftlicher Untersuchungen ein. Dabei nehmen sie mithilfe verschiedener Darstellungsformen die Dokumentation, Auswertung und Veranschaulichung der erhobenen Daten selbständig vor.
  • leiten aus alltäglichen und agrar-, bio- und umwelttechnischen Phänomenen chemische Fragestellungen ab, planen hypothesengeleitet qualitative Experimente zu deren Beantwortung und führen diese z. T. durch.
  • erkennen Trends, Strukturen und Beziehungen in erhobenen oder recherchierten Daten und beurteilen deren Aussagekraft.
  • verwenden Modelle zur Veranschaulichung von Bindungsverhältnissen, Wechselwirkungen und räumlichen Anordnungen in einfachen organischen Molekülen, um die Reaktivität der jeweiligen Teilchen und die zugehörigen Stoffeigenschaften zu erklären. Dabei bewerten sie die Aussagekraft von Modellen.
  • unterscheiden bei der detaillierten Beschreibung chemischer Sachverhalte sicher zwischen Stoff- und Teilchenebene und nutzen die Fach- und Alltagssprache korrekt.
  • nutzen die Symbol- und Formelsprache zur Beschreibung des submikroskopischen Aufbaus von Stoffen aus Atomen, Molekülen und Ionen sowie zur Beschreibung der qualitativen und quantitativen Teilchenänderungen bei komplexen chemischen Reaktionen. Dabei kennzeichnen sie Gleichgewichtsreaktionen eindeutig.
  • stellen Teil- und Gesamtgleichungen auf, um komplexe Redoxreaktionen zu beschreiben.
  • beschaffen sich Quellen selbständig und überführen fachspezifische Informationen in eine sach-, adressaten-, und situationsgerechte Darstellungsform.
  • erkennen die ethische Relevanz in lebensweltbezogenen chemischen Sachverhalten und bewerten diese im Rahmen eines Entscheidungsfindungsprozesses hinsichtlich weiterer Aspekte, z. B. ökologische, ressourcenschonende, wirtschaftliche.
  • beschreiben Zusammenhänge bei chemischen Reaktionen quantitativ mithilfe mathematischer Gesetzmäßigkeiten und nutzen diese, um Vorhersagen zum Verlauf von Reaktionen zu treffen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Gefahrstoffkennzeichnung gemäß aktueller Richtlinien, Gefahrenpotenzial, Sicherheitsmaßnahmen, Entsorgung, Laborregeln und Sicherheitsunterweisung; Sicherheitsvorschriften
  • fachgemäße Arbeitstechniken, u. a. Spannungs- und Stromstärkemessung, Nachweisreaktionen funktioneller Gruppen
  • Anfertigen und Auswerten verschiedener Darstellungsformen (z. B. Tabellen, Diagramme, Mindmaps), u. a. Steigungsdreieck; Sach-, Adressaten- und Situationsbezug (Perspektivwechsel, Vorteile von Darstellungsformen); Reaktionsmechanismus
  • Möglichkeiten und Grenzen der Beeinflussung chemischer Reaktionen: Prinzip der Variablenkontrolle (z. B. offenes oder geschlossenes System), Wahl der Reaktionsbedingungen, z. B. RGT-Regel
  • Gesetzmäßigkeiten: Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Massenwirkungsgesetz, Henderson-Hasselbalch-Gleichung
  • Eigenschaften, Aussagekraft, Grenzen und Erweiterung von materiellen und ideellen Modellen, u. a. Oxidationszahlen
  • Reaktionsschema, komplexere Reaktionsgleichung, Reaktionsmechanismus, Nomenklatur, Symbol- und Formelsprache, u. a. Gleichgewichtspfeil, Redox-Teilgleichungen
  • Entscheidungsfindung als systematischer und begründeter Prozess, u. a. nachhaltige Entwicklung (zukünftige Energieversorgung, erneuerbare Energien, Effizienz bei der Rohstoff- und Energiebereitstellung, ggf. weitere Themen)

C 12 Lernbereich 2: Funktionelle Gruppen und Reaktionsmechanismen der organischen Chemie (ca. 30 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • planen Experimente, um die in organischen Molekülen enthaltenen Elemente nachzuweisen und führen diese durch.
  • benennen organische Moleküle mit funktionellen Gruppen, indem sie die Nomenklaturregeln anwenden, beschreiben deren Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten und unterscheiden sie von denen der zugrunde liegenden Kohlenwasserstoffe.
  • beurteilen die Bedeutung von Erdöl und Erdölprodukten in verschiedenen Einsatzbereichen in Alltag und Technik und schätzen die Konsequenzen des Einsatzes für die Umwelt ab.
  • vergleichen experimentell die Eignung verschiedener Stoffe als Lösungsmittel für organische Substanzen und begründen Unterschiede mithilfe der Molekülstruktur und den auftretenden zwischenmolekularen Wechselwirkungen.
  • vergleichen die Halogenierung von gesättigten bzw. ungesättigten Kohlenwasserstoffen auf der Teilchenebene, indem sie die jeweiligen Reaktionsmechanismen darstellen.
  • bewerten den Einsatz von Halogenkohlenwasserstoffverbindungen in Alltag und Technik, indem sie deren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt abschätzen.
  • vergleichen die Acidität von Alkoholen mit der Acidität entsprechender Carbonsäuren und erklären die beobachteten Unterschiede mithilfe von Modellvorstellungen auf der Teilchenebene.
  • leiten aus experimentellen Beobachtungen die Bildung von Estern aus Alkoholen und Carbonsäuren ab und begründen Stoffeigenschaften ausgewählter Ester mithilfe zwischenmolekularer Wechselwirkungen.
  • wenden das Prinzip der Reversibilität chemischer Reaktionen bei Estern an, um Alltagsbeobachtungen zu erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • funktionelle Gruppen: Hydroxy-, Carbonyl-, Carboxy-, Ester-, Aminogruppe
  • experimenteller Nachweis der Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff in organischen Stoffen
  • Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester: Nomenklatur nach IUPAC, Stoffeigenschaften
  • wichtige Lösungsmittel: Wasser, Benzin, Aceton, Ethanol
  • Charakterisierung der Löslichkeit: hydrophil, hydrophob, amphiphil
  • Erdölverarbeitung: fraktionierte Destillation, Cracken, Reformieren
  • Einsatzbereiche von Erdölprodukten, z. B. Schmierstoffe, Kraftstoffe
  • Umweltaspekte von Erdölprodukten, z. B. CO2-Ausstoß bei der Verbrennung fossiler Kohlenwasserstoffe
  • Reaktivität bei Alkanen und Alkenen: Homolyse, Heterolyse, Radikal, Nukleophil, Elektrophil
  • radikalische Substitution
  • elektrophile Addition (u. a. als Nachweis von Doppelbindungen): Polarisierung, heterolytische Spaltung und Rückseitenangriff
  • Halogenkohlenwasserstoffe in Alltag und Technik: Persistenz, Verwendung früher und heute, Umwelt- und Gesundheitsaspekte
  • nucleophile Substitution, Halb- bzw. Vollacetalbildung: Protonierung, nukleophiler Angriff, Protonenabgabe
  • Erklärung der erhöhten Acidität von Carbonsäuren mithilfe der starken Bindungspolarität in der Carboxygruppe und der Mesomeriestabilisierung von Carboxylat-Anionen
  • säurekatalysierte Esterkondensation und baseninduzierte Esterhydrolyse (z. B. Verseifung)
  • Eigenschaften der Ester (u. a. Löslichkeit, Siedetemperatur, Zersetzung, Geruch), Verwendung in Alltagsprodukten und in der Technik

C 12 Lernbereich 3: Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht (ca. 24 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben die Reaktionsgeschwindigkeit als Änderung der Stoffmenge pro Zeiteinheit und bestimmen Reaktionsgeschwindigkeiten aus Diagrammen, z. B. Zeit-Konzentrations-Diagrammen.
  • erklären anhand von Schülerexperimenten die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von den Reaktionsbedingungen.
  • erläutern die Wirkungsweise eines Katalysators auf der Stoff- und Teilchenebene und beurteilen den Katalysatoreinsatz in Kraftfahrzeugen unter ökologischen Gesichtspunkten.
  • charakterisieren auch anhand von Modellen chemische Gleichgewichte auf der Stoff- und Teilchenebene, um den statischen Zustand auf der Stoffebene vom dynamischen Zustand auf der Teilchenebene abzugrenzen.
  • wenden das Donator-Akzeptor-Konzept und das Gleichgewichtskonzept auf Säure-Base-Reaktionen an und leiten mithilfe des Massenwirkungsgesetzes die Formeln zur Berechnung von Säure- und Basenkonstanten her.
  • beurteilen die ätzende Wirkung von Alltagsprodukten, indem sie Säure- bzw. Basenkonstanten vergleichen und Zusammenhänge zwischen der Säure-/Basenstärke und der Oxonium-/Hydroxid-Ionenkonzentration einer sauren/basischen Lösung beschreiben.
  • begründen mit dem Ionenprodukt des Wassers den pH-Wert und pOH-Wert einer neutralen Lösung und berechnen pH-Werte saurer und basischer Lösungen.
  • erklären das Einhalten enger pH-Bereiche in biologischen Systemen mit der Wirkung von Säure-Base-Puffersystemen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • zeitlicher Verlauf chemischer Reaktionen: Ermittlung über Volumen-, Massen- oder Stoffmengenkonzentrationsänderungen; mittlere Reaktionsgeschwindigkeit, z. B. Reaktion eines unedlen Metalls mit einer sauren Lösung
  • Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Stoffmengenkonzentration, Zerteilungsgrad, Druck, Temperatur und Katalysator
  • Stoßtheorie: Orientierung, Geschwindigkeit und Anzahl der Teilchen, Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Mindestenergie, Aktivierungsenergie
  • Katalyse: Einfluss eines Katalysators auf Mindestenergie (Teilchenebene) und Aktivierungsenergie (Stoffebene); heterogene Katalyse beim Autoabgaskatalysator, Verminderung von Emissionen
  • reversible Reaktion und chemisches Gleichgewicht als dynamisches Gleichgewicht (z. B. Esterkondensation und Esterhydrolyse), geschlossenes System, Reaktionsgeschwindigkeit v=0 (statischer Zustand), gleiche Geschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion (dynamischer Zustand); Modelle zur Einstellung des chemischen Gleichgewichts, z. B. Computersimulationen
  • Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante KC, Aussagen zur Gleichgewichtslage
  • Säurekonstante KS, Basenkonstante KB, Säurestärke, Basenstärke, Bedeutung bei Alltagsprodukten, z. B. Nahrungsmittel, Entkalker, Reinigungsmittel
  • Ionenprodukt des Wassers; pH-Wert und pOH-Wert; Näherungsformeln zur Berechnung des pH-Wertes und pOH-Wertes von wässrigen Lösungen starker und schwacher Säuren und Basen
  • Säure-Base-Puffersysteme: Puffersäure, Pufferbase, Henderson-Hasselbalch-Gleichung, Pufferkapazität, Anwendung in biologischen Systemen, z. B. Kohlensäure- bzw. Phosphat-Puffer im Blut, Carbonat-Puffer im Boden

C 12 Lernbereich 4: Redoxreaktionen und Elektrochemie (ca. 30 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • ermitteln Oxidationszahlen in anorganischen und organischen Teilchen, um Redoxreaktionen zu identifizieren.
  • verwenden die Regeln zum Aufstellen von Redoxteilgleichungen in wässrigen Lösungen, um die Redoxgesamtgleichung zu formulieren.
  • grenzen Redoxreaktionen von Säure-Base-Reaktionen ab, indem sie z. B. die Reaktion von unedlen Metallen und von Carbonaten mit sauren Lösungen vergleichen.
  • vergleichen experimentell die Oxidierbarkeit primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole, um die Bildung von Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren zu erklären.
  • unterscheiden Aldehyde und Ketone durch geeignete Nachweisreaktionen.
  • charakterisieren Metalle aufgrund ihres Reaktionsverhaltens in sauren Lösungen als edel oder unedel, um deren Verwendungsmöglichkeiten zu bewerten und ihr natürliches Vorkommen zu erklären.
  • erläutern die Vorgänge bei der Sauerstoff- und Säurekorrosion auf der Teilchenebene mithilfe des Donator-Akzeptor-Konzepts.
  • nutzen die Redoxreihe der Metalle, um die Vorgänge bei der Kontaktkorrosion zu erklären.
  • untersuchen experimentell Ursachen der Korrosion und bewerten die Bedeutung des passiven und aktiven Korrosionsschutzes aus ökonomischer Sicht.
  • formulieren mithilfe der elektrochemischen Spannungsreihe Reaktionsgleichungen für den Ablauf einer Redoxreaktion.
  • erklären die räumliche Trennung von Oxidation und Reduktion in galvanischen Zellen als Voraussetzung für die Nutzung der Reaktionsenergie als elektrische Energie und ermitteln die von galvanischen Zellen leistbare elektrische Arbeit, indem sie Spannungs- und Stromstärkemessungen durchführen.
  • nutzen ihr Wissen über galvanische Zellen, um Vorgänge an mobilen Spannungsquellen zu erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Oxidationszahlen als Hilfsmittel zum Erkennen von Redoxreaktionen
  • Regeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen
  • Regeln zum Aufstellen von Redoxgleichungen
  • Wasserstoffentwicklung bei Redoxreaktionen zwischen unedlen Metallen und sauren Lösungen
  • Redoxreaktion von Metallen mit sauren und basischen Lösungen
  • Oxidation von Alkohol-Molekülen mit verschiedenen Oxidationsmitteln
  • Nachweis von Aldehyden: Fehling-Probe
  • edle und unedle Metalle: Verhalten gegenüber verdünnten sauren Lösungen, Verwendung (Korrodierbarkeit, spontane Passivierung), Vorkommen (gediegen, als Erz)
  • Verhalten von Metallen in Metallsalzlösungen, Redoxreihe der Metalle
  • Sauerstoff- und Säurekorrosion
  • Kontaktkorrosion, passiver und aktiver Korrosionsschutz (Beschichtung, Opferanode, kathodischer Korrosionsschutz)
  • Schülerexperiment, z. B. Kontaktkorrosion Eisen/Kupfer, Korrosion in saurer Lösung
  • elektrochemische Spannungsreihe, Elektrodenpotenziale, Normalpotenziale
  • Aufbau und Funktion des Blei-Akkumulators
  • Modellexperimente zur Lithiumbatterie und Brennstoffzelle