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Chemie 12 (GH)

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 physiologischen 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.
  • 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).
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Gefahrstoffkennzeichnung gemäß aktueller Richtlinien, Gefahrenpotenzial, Sicherheitsmaßnahmen, Entsorgung, Laborregeln und Sicherheitsunterweisung; Sicherheitsvorschriften
  • fachgemäße Arbeitstechniken, z. B. Oxidieren primärer und sekundärer Alkohole
  • Anfertigen und Auswerten verschiedener Darstellungsformen (z. B. Tabellen, Diagramme, Mindmaps); Sach-, Adressaten- und Situationsbezug (Perspektivwechsel, Vorteile von Darstellungsformen); Reaktionsmechanismus
  • Eigenschaften, Aussagekraft, Grenzen und Erweiterung von materiellen und ideellen Modellen, u. a. Oxidationszahlen
  • Reaktionsschema, komplexere Reaktionsgleichung, Reaktionsmechanismus, Nomenklatur, Symbol- und Formelsprache, u. a. 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 ...

  • stellen verzweigte Kohlenwasserstoffe in verschiedenen Formelschreibweisen dar und wenden die Nomenklaturregeln nach IUPAC an, um die Verbindungen systematisch zu benennen und zu unterscheiden.
  • erklären und vergleichen physikalische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen, indem sie die Struktur und zwischenmolekularen Wechselwirkungen analysieren. Dabei differenzieren sie auch zwischen Isomeren.
  • leiten das chemische Reaktionsverhalten ausgewählter Kohlenwasserstoffe von deren Aufbau ab und stellen dies durch die jeweiligen Reaktionsmechanismen dar.
  • bewerten den Einsatz von Halogenkohlenwasserstoffverbindungen in Alltag und Technik, indem sie deren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt abschätzen.
  • 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.
  • begründen die unterschiedliche Wirkung von Ethanol und Methanol auf den menschlichen Körper, indem sie die Abbauprodukte vergleichen.
  • leiten aus experimentellen Beobachtungen die Bildung von Estern aus Alkoholen und Carbonsäuren ab und vergleichen die Stoffeigenschaften von Edukten und Produkten mithilfe zwischenmolekularer Wechselwirkungen.
  • identifizieren über das Strukturmerkmal Estergruppe Fette als Ester und beschreiben den Bau von Fettmolekülen mit geeigneten Darstellungsformen, z. B. Skelettformel, Halbstrukturformel.
  • erklären die physikalischen Eigenschaften von Fetten und fetten Ölen mit der unterschiedlichen Struktur von gesättigten und ungesättigten Fettsäureresten.
  • stellen durch geeignete Wahl der Ausgangsstoffe Kern- oder Schmierseife her und verwenden Reaktionsgleichungen, um die Bildung und die Eigenschaften von Seifen auf der Teilchenebene zu erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Kohlenwasserstoffe: Verwendung und Bedeutung, Bindungsverhältnisse (Alkane, Alkene, Alkine), Formelschreibweisen (Strukturformeln: Valenzstrichformel, Halbstrukturformel, Keilstrichformel, Skelettformel)
  • IUPAC-Nomenklatur (verzweigte Kohlenwasserstoffe, Substituenten), Isomerie (Konstitutionsisomerie, E/Z-Isomerie)
  • physikalische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen: Siedetemperatur, Löslichkeit
  • 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
  • funktionelle Gruppen: Hydroxy-, Carbonyl-, Carboxy-, Estergruppe
  • Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester: Nomenklatur nach IUPAC, Stoffeigenschaften
  • zwischenmolekulare Wechselwirkungen, z. B. Alkohole als Lösungsmittel für Medikamente und Desinfektionsmittel
  • Vergleich der physiologischen Wirkung und des Abbaus von Ethanol und Methanol im menschlichen Körper
  • Bau von Fettmolekülen: Carbonsäureester aus Glycerin sowie gesättigten und ungesättigten Fettsäuren, z. B. Omega‑3‑Fettsäuren
  • Zusammenhang zwischen Molekülbau und Eigenschaften von Fetten bzw. fetten Ölen; Schmelzbereich und Löslichkeit
  • säurekatalysierte Esterkondensation und baseninduzierte Esterhydrolyse, z. B. Verseifung
  • Schülerexperiment: Verseifung durch basische Esterhydrolyse
  • Eigenschaften von Seifen: Grenzflächenaktivität, amphiphiler Charakter

C 12 Lernbereich 3: Redoxreaktionen im physiologischen Kontext (ca. 26 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.
  • formulieren mithilfe der elektrochemischen Spannungsreihe Reaktionsgleichungen für den Ablauf von Redoxreaktionen.
  • vergleichen den Elektronenübergang bei der Knallgasreaktion mit dem kaskadenartigen Elektronentransport in der Zellatmung, um die kontrollierte Freisetzung von Energie in Zellen zu erklären.
  • führen ein Experiment zur alkoholischen Gärung durch und weisen durch die Identifizierung der Produkte nach, dass es sich dabei um ein Beispiel für eine biochemische Redoxreaktion handelt.
  • formulieren weitere anaerobe Abbaureaktionen und beschreiben deren Anwendung in der Biotechnologie.
  • beschreiben den Glucose-Oxidase-Test als Nachweis für Glucose und erklären dessen Bedeutung als Hinweis auf eine Diabetes-mellitus-Erkrankung.
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
  • Oxidation von Alkohol-Molekülen mit verschiedenen Oxidationsmitteln
  • Nachweis von Aldehyden: Fehling-Probe
  • elektrochemische Spannungsreihe, Elektrodenpotentiale, Normalpotentiale
  • Knallgasreaktion als Redoxreaktion
  • Prinzip des Elektronenflusses bei der Zellatmung von Glucose über NAD+ zu NADH/H+ und die Atmungskette bis zum Sauerstoff
  • Experiment zur alkoholischen Gärung mit Nachweis von Kohlenstoffdioxid und Ethanol (z. B. Kalkwasserprobe, Destillation)
  • Vergleich der Energieausbeute beim aeroben und anaeroben Abbau von Glucose, weitere Anwendungen von Gärungen in der Biotechnologie (Milchsäuregärung, Propionsäuregärung)
  • Reaktionsschritte des Glucose-Oxidase-Tests, medizinische Relevanz