Inhaltliche Schwerpunkte:

• Stoffkreislauf in der Natur
• Gleichgewichtsreaktionen

Zeitbedarf: 22 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

• E1 Probleme und Fragestellungen
• E4 Untersuchungen und Experimente
• K4 Argumentation
• B3 Werte und Normen
• B4 Möglichkeiten und Grenzen

Basiskonzepte (Schwerpunkt):

Basiskonzept Struktur – Eigenschaft

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Kohlenstoffdioxid

• Eigenschaften
• Treibhauseffekt
• Anthropogene Emissionen
• Reaktionsgleichungen
• Umgang mit Größengleichungen

unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1).

Kartenabfrage Begriffe zum Thema Kohlenstoffdioxid

Information Eigenschaften / Treibhauseffekt

z.B. Zeitungsartikel

Berechnungen zur Bildung von CO2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane)

• Aufstellen von Reaktionsgleichungen
• Berechnung des gebildeten CO2s
• Vergleich mit rechtlichen Vorgaben
• weltweite CO2-Emissionen

Information Aufnahme von CO2 u.a. durch die Ozeane

Der Einstieg dient zur Anknüpfung an die Vorkenntnisse aus der SI und anderen Fächern

Implizite Wiederholung: Stoffmenge n, Masse m und molare Masse M

Löslichkeit von CO2 in Wasser

• qualitativ
• Bildung einer sauren Lösung
• quantitativ
• Unvollständigkeit der Reaktion
• Umkehrbarkeit

führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4).

dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1).

nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von

Stoffeigenschaften (K2).

Schülerexperiment: Löslichkeit von CO2 in Wasser (qualitativ)

Aufstellen von Reaktionsgleichungen

Lehrervortrag: Löslichkeit von CO2 (quantitativ):

• Löslichkeit von CO2 in g/l
• Berechnung der zu erwartenden Oxon-iumionen -Konzentration
• Nutzung einer Tabelle zum erwarteten pH-Wert
• Vergleich mit dem tatsächlichen pH-Wert

Ergebnis:

Unvollständigkeit der ablaufenden Reaktion

Lehrer-Experiment: Löslichkeit von CO2 bei Zugabe von Salzsäure bzw. Natronlauge

Ergebnis:

Umkehrbarkeit / Reversibilität der Reaktion

Wiederholung der Stoffmengenkonzentration c

Wiederholung: Kriterien für Versuchsprotokolle

Vorgabe einer Tabelle zum Zusammenhang von pH-Wert und Oxoniumionenkonzentration

Chemisches Gleichgewicht

• Definition
• Beschreibung auf Teilchenebene
• Modellvorstellungen

erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1).

beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6).

Lehrervortrag:

Chemisches Gleichgewicht als allgemeines Prinzip vieler chemischer Reaktionen, Definition

Arbeitsblatt:

Umkehrbare Reaktionen auf Teilchenebene

ggf. Simulation

Modellexperiment: z.B. Stechheber-Versuch, Kugelspiel

Vergleichende Betrachtung:

Chemisches Gleichgewicht auf der Teilchenebene, im Modell und in der Realität

Ozean und Gleichgewichte

• Aufnahme CO2
• Einfluss der Bedingungen der Ozeane auf die Löslichkeit von CO2
• Prinzip von Le Chatelier
• Kreisläufe

formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) (E3).

erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperatur­änderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (UF3).

formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1).

veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf grafisch oder durch Symbole (K3).

Wiederholung: CO2- Aufnahme in den Meeren

Schülerexperimente: Einfluss von Druck und Temperatur auf die Löslichkeit von CO2

ggf. Einfluss des Salzgehalts auf die Löslichkeit

Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten (Verallgemeinerung)

Puzzlemethode: Einfluss von Druck, Temperatur und Konzentration auf Gleichgewichte, Vorhersagen

Erarbeitung: Wo verbleibt das CO2 im Ozean?

Partnerarbeit: Physikalische/Biologische Kohlenstoffpumpe

Arbeitsblatt: Graphische Darstellung des marinen Kohlenstoffdioxid-Kreislaufs

Hier nur Prinzip von Le Chatelier, kein MWG

Fakultativ:

Mögliche Ergänzungen (auch zur individuellen Förderung):

• Tropfsteinhöhlen
• Kalkkreislauf
• Korallen

Klimawandel

• Informationen in den Medien
• Möglichkeiten zur Lösung des CO2-Problems

recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4).

beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7).

beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhaus­effektes (B3).

zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des Kohlenstoffdioxidausstoßes und der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4).

Recherche

• aktuelle Entwicklungen
• Versauerung der Meere
• Einfluss auf den Golfstrom/Nordatlantik-strom

Podiumsdiskussion

• Prognosen
• Vorschläge zu Reduzierung von Emissionen
• Verwendung von CO2

Zusammenfassung: z.B. Film „Treibhaus Erde“ aus der Reihe „Total Phänomenal“ des SWR

Weitere Recherchen

Diagnose von Schülerkonzepten:

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen:

Ausführliche Hintergrundinformationen und experimentelle Vorschläge zur Aufnahme von CO2 in den Ozeanen findet man z.B. unter:

http://systemerde.ipn.uni-kiel.de/materialien_Sek2_2.html

ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/SystemErde/09_Begleittext_oL.pdf

Die Max-Planck-Gesellschaft stellt in einigen Heften aktuelle Forschung zum Thema Kohlenstoffdioxid und Klima vor:

http://www.maxwissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Kohlenstoffkreislauf.html

http://www.maxwissen.de//Fachwissen/show/0/Heft/Klimarekonstruktion

http://www.maxwissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Klimamodelle.html

Informationen zum Film „Treibhaus Erde“:

http://www.planet-schule.de/wissenspool/total-phaenomenal/inhalt/sendungen/treibhaus-erde.html