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Wie funktionieren technische Metallgewinnungsverfahren – früher und heute?

Metalle und Metallgewinnung (5)

- Verfahren der Metallgewinnung

- Korrosion und
Korrosionsschutz

- Edle und unedle Metalle

UF4 Wissen vernetzen - in einfachen chemischen Zusammenhängen neue Erkenntnisse mit Bekanntem verbinden.

K5 Recherchieren - eine Recherche in gedruckten und in digitalen Medien auf vorgegebene Fragestellungen und vorgegebene Suchbegriffe beziehen sowie angemessene Suchhilfen wie Bibliothekskataloge, Inhalts- und Stichwortverzeichnisse verwenden.

K7 Beschreiben, präsentieren, begründen - Arbeitsergebnisse nach vorgegebenen Kriterien bzw. Mustern fachlich korrekt und verständlich präsentieren und dabei strukturierende Gestaltungselemente einsetzen.

Lernvoraussetzungen – aus der Chemie und aus anderen Fächern:

Die Schülerinnen und Schüler

- kennen die Eigenschaften der Metalle (IF1, UV1),

- kennen die Kennzeichen einer chemischen Reaktion (IF2),

- können die Aufnahme von Sauerstoff als Oxidationsvorgang benennen (IF2),

- können vollständige Versuchsprotokolle anfertigen (IF1, UV1, UV2).

Fächerübergreifende Aspekte:

Aus dem Fach Geschichte kennen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Großabschnitte der Frühgeschichte der Menschheit und deren Merk­male: Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit.

Mit dem Fach Politik ergeben sich Überschneidungen mit dem Inhaltsfeld „Beruf und Arbeitswelt“.

Welche Bedeutung haben Metalle in der Menschheitsgeschichte?

Wie kann man die wichtigsten Gebrauchsmetalle, wie z.B. Eisen, Kupfer, Silber, Gold, gewinnen?

(5 Ust.)

wichtige Gebrauchsmetalle und Legierungen benennen, deren typische Eigenschaften beschreiben und Metalle von Nichtmetallen unterscheiden (UF1).

den Einfluss der Metallgewinnung auf den technischen Fortschritt und historische Entwicklungen und das Entstehen neuer Berufe erläutern (E9).

Möglichkeiten der Produktion von Metallen und ihren Legierungen in verschiedenen Quellen recherchieren und die Ergebnisse unter Verwendung relevanter Fachbegriffe präsentieren (K1, K5, K7).

Erstellen einer Mindmap zu den verschiedenen Zeitaltern, die durch Metalle geprägt wurden (Kupfer-, Bronze-, Eisenzeit), Fortführen der Mindmap über das gesamte Unterrichtsvorhaben

Stationenlernen zu den physikalischen Eigenschaften ausgewählter Metalle (Kupfer, Eisen, Silber, Gold, Zink, Zinn, Magnesium, Aluminium)

Erstellen von Steckbriefen in arbeitsteiliger Partnerarbeit zu ausgewählten Metallen, Legierungen und Nichtmetallen

Wie wird aus Eisenerz Eisen hergestellt?

Der Hochofenprozess

(7 Ust.)

den Weg der Metallgewinnung vom Erz zum Roheisen und Stahl beschreiben (UF1).

chemische Reaktionen, bei denen Sauerstoff abgegeben wird, als Reduktion einordnen (UF3).

chemische Reaktionen, bei denen es zu einer Sauerstoffübertragung kommt, als Redoxreaktion einordnen (UF3).

in kurzen Vorträgen chemische Zusammenhänge (u.a. im Bereich Metallgewinnung) anschaulich darstellen (K7).

Gewinnung von Eisen im Hochofenprozess:

- Versuche zur Eisengewinnung aus Eisenoxid in Experimenten (Ausschmelzen von Eisen aus rotem Eisenoxid, Reduktion von rotem Eisenoxid mit Holzkohlepulver)

- Film: Der Weg vom Erz zum Stahl

- Erläuterung der schematischen Darstellung und Funktionsweise des Hochofens in arbeitsgleicher Gruppenarbeit mit anschließender Präsentation der Ergebnisse in Kurzvorträgen unter besonderer Beachtung der Wort- und Symbolgleichungen
(evtl. Anwenden der Methode „Wechselseitiges Lesen u. Erklären“)

(Exkursion zum Landschaftspark Duisburg Nord, Erläuterung siehe unten)

Wie wird aus Roheisen Stahl hergestellt und welche Einsatzmöglichkeiten gibt es für Stähle und Metalllegierungen?

(4 Ust.)

wichtige Gebrauchsmetalle und Legierungen benennen, deren typische Eigenschaften beschreiben und Metalle von Nichtmetallen unterscheiden (UF1).

die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten verschiedener Stähle recherchieren und aufzeigen (K5).

Film: Eisen- und Stahlerzeugung [2]

Recherche zur Herstellung und Verwendung verschiedener Stähle und deren Einsatzmöglichkeiten

Wie hat sich das Ruhrgebiet von 1850 bis heute entwickelt?

Der Strukturwandel des Ruhrgebiets

(4 Ust.)

an einem Beispiel die Entwicklung einer Industrieregion vom Beginn der Industrialisierung bis zur Gegenwart skizzieren sowie die Auswirkungen der Industrialisierung auf Mensch und Umwelt kritisch hinterfragen (K5, B1).

Unterrichtsgang zum Landschaftspark Duisburg Nord

Selbstständiges Planen des Unterrichtsgangs durch SuS, u.a. Überlegungen zur Dokumentation der Exkursion

(Empfehlung: geleitete Führung „Am Stichloch mit dem Hüttenwerker“)

Planung und Durchführung einer Ausstellung „die Geschichte des Ruhgebietes von 1850 bis heute - Berufe, Arbeits- und Lebensbedingungen und Strukturwandel der Region“

- Adressaten: Mitschülerinnen und Mitschülern der Jahrgangs­stufe 8.

- Freie Wahl der Präsentationsmedien:

• rechnergestützte Präsentation (Powerpoint, Prezi etc. …),
• Präsentationsplakat,
• selbsterstellte Videos,
• Fotografien.

(Checkliste: Kriterien für eine Präsentation)

Welche Berufe und Berufsfelder gibt es im Bereich der Metallindustrie und im Metallhandwerk?

(3 Ust.)

den Einfluss der Metallgewinnung auf den technischen Fortschritt, historische Entwicklungen und das Entstehen neuer Berufe reflektieren (E9).

Erstellen von Steckbriefen zu Berufen des Metallhandwerks und der Metallindustrie

Folgende Berufe sollen den SuS mind. zur Auswahl gestellt werden:

• Zerspanungsmechaniker/-in,
• (Kraftfahrzeug-) Mechatroniker/-in,
• Werkzeugmechaniker/-in,
• Industriemechaniker/-in,
• Gold- und Silberschmied/-in,
• (Nutz-) Fahrzeugbauer/-in,
• Metallgusstechniker/-in,
• Anlagenmechaniker/-in

Hinweise und Übersichten zu Berufen des Metallhandwerks und der Metallindustrie findet man auf der Seite der Bundesagentur für Arbeit:

• Startseite Berufenet
• Ausbildungsberufe im Metall-und Maschinenbau
• Studienberufe

Warum rostet eine Fahrradkette und wie lässt sich die Korrosion verhindern?

Korrosion von Eisen

(5 Ust.)

Korrosion als Oxidation von Metallen erklären und einfache Maßnahmen zum Korrosionsschutz erläutern (UF4).

Hypothesen zur Rostbildung formulieren und unter systematischer Veränderung der Versuchsbedingungen experimentell überprüfen (E4, E5).

Experimente (u.a. zur Korrosion) in einer Weise protokollieren, die eine nachträgliche Reproduktion der Ergebnisse ermöglicht (K3).

Hypothesen zur Rostbildung aufstellen und mit von Schülerinnen und Schülern konzipierten Versuchen überprüfen

- Materialkisten für die Durchführung der Versuche in Gruppenarbeit zur Verfügung stellen

- Durchführen, Protokollieren und Auswerten verschiedener, vorgegebener Versuche zum Rostschutz (Opferanode, Kontaktsperren, Rostumwandlung)

Welche Unterschiede bestehen bei Reaktionen verschiedener Metalle mit Sauerstoff und wie lassen sich Metalloxide reduzieren?

Edle und unedle Metalle und deren Bindungsbestreben zu Sauerstoff

Chemische Grundgesetze

(8 Ust.)

Metalle auf der Grundlage der Heftigkeit ihrer Reaktion mit Sauerstoff als edel und unedel einstufen und ihr Verhalten mithilfe ihrer Affinität zu Sauerstoff deuten (E8, E6, E3).

Versuche zur Reduktion von ausgewählten Metalloxiden selbstständig planen und dafür sinnvolle Reduktionsmittel benennen (E4).

für eine Redoxreaktion ein Reaktionsschema als Wortgleichung und als Reaktionsgleichung formulieren und dabei die Oxidations- und Reduktionsvorgänge kennzeichnen (E8).

an einfachen Beispielen die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse erläutern (UF1).

Lehrerdemonstrationsexperiment zur Affinität verschiedener Metalle (Kupfer, Eisen, Zink, Magnesium) zu Sauerstoff und Interpretation einer vorgegebenen Reaktivitätsreihe mit Hilfe der Versuchsbeobachtungen

Untersuchung der Massenverhältnisse der Reaktion von Kupfer bzw. Zink und Schwefel zur Bestimmung der Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomzahlenverhältnisse bei chemischen Reaktion

Wie lassen sich aus Konsumgütern wie Computern und Mobiltelefonen Metalle und andere wertvolle Rohstoffe zurückgewinnen?

Recycling von Metallen

Umgang mit Ressourcen

Denken in Kreisläufen

(4 Ust.)

die Bedeutung des Metallrecyclings im Zusammenhang mit Ressourcenschonung und Energieeinsparung darstellen und auf dieser Basis das eigene Konsum- und Entsorgungsverhalten bewerten (B3).

Unterrichtsgang zum Wertstoffhof der städtischen Abfallwirtschaftsbetriebe oder zu einem Recyclingunternehmen

Konzipieren einer Ausstellung zum Thema „Das alte Smartphone – zu wertvoll für die Deponie!"

Umfrage zur Nutzungsdauer elektronischer Geräte

1.

Planet Schule: Vom Erz zum Stahl

Online-Film, Arbeitsblatt zum Film verfügbar

2.

Eisen- und Stahlerzeugung: Video-DVD 38‘ FWU

Film zum Themenkomplex Hochofenprozess, Veredelung von Eisen zum Stahl

3.

Der Park

Umfassende Informationen zum Landschaftspark Duisburg Nord

4.

http://www.ardmediathek.de/ → Quarks und Co. → „Schicht im Schacht"

Eine zusammenfassende Darstellung der Geschichte des Ruhrgebiets

5.

Route Industriekultur

Informationen zur industriellen Vergangenheit des Ruhrgebiets