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Chemische Schulversuche und Schülerübungen – Anorganik
Didaktische Hinweise
Es fehlt die Zeit, die Ausrüstung, die Versuche sind schlicht zu gefährlich oder enthalten inzwischen für die Schule verbotene Substanzen: Jedes der fünf Kapitel dieser didaktischen Produktion enthält einen solchen Versuch als kurzen Film. Diesem sind Bilderserien oder Grafiken beigeordnet, die es der Lehrkraft ermöglichen, den entsprechenden Themenbereich ansprechend zu gestalten. Als Besonderheit bietet die Produktion zu jedem Themenkomplex umfangreiche, erprobte und didaktisch hervorragend ausgearbeitete Versuchsanleitungen für Schülerübungen oder Gruppenarbeit sowie passende Arbeits- und Informationsblätter.
Lernziele
Die Schüler sollen:
- Freude am Experimentieren und damit am Fach Chemie haben;
- vertraut sein mit der Durchführung und Interpretation von Versuchen;
- die Bedeutung der Salzbildung für den Alltag und der Stickoxide und Nitrate für die Umwelt erkennen;
- wissen, was eine Analyse und was eine Synthese ist und Beispiele hierfür nennen können;
- einen Überblick über das Gewinnungsverfahren von Aluminium und dessen Energieverbrauch haben.
Vorkenntnisse
Die Schüler sollten:
- vertraut sein mit Formelsymbolen und dem Aufstellen von einfachen chemischen Gleichungen;
- ein Teilchenkonzept haben;
- chemischen Geräten begegnet sein;
- Für das Kapitel zur Elektrolyse sollten die Schüler Redoxgleichungen aufstellen können.
Zum Inhalt
Kapitel „Analyse“
Der Film zeigt das Erhitzen des orangefarbenen, giftigen Quecksilberoxides und das Entstehen der silbrigen Quecksilberkügelchen. Der entstandene Sauerstoff wird mit der Glimmspanprobe nachgewiesen. Zwei Bilder von Lavoisier und der Apparatur, mit der er nachwies, dass Quecksilberoxid Sauerstoff enthält, beleuchten kurz die historische Bedeutung des Experimentes.
Darüber hinaus stehen ein Arbeitsblatt zum Film und Anleitungen für analoge Schülerübungen bereit. Diese werden im Kapitel durch Bilderserien aufgegriffen, die die Schülerversuche zeigen und schrittweise über die Wortgleichung die Reaktionsgleichung herleiten.
Kapitel „Synthese und Salzbildung“
Die Synthese von Natriumchlorid aus den Elementen wird vorgeführt. Wieder findet sich ein Arbeitsblatt, das sich direkt auf den Film bezieht. Das Salzgitter von Kochsalz kann als animierte Grafik abgerufen werden. Die Grafik zeigt ein Kalottenmodell des Kristallgitters. Gleiches findet sich auch für die Zinkblende-Struktur.
Eine Bilderserie zur Salzbildung in Alltag und Natur gibt einen weiten Ausblick auf wichtige Salzbildungsreaktionen. Eine weitere Bilderserie zeigt den Unterschied zwischen Darstellung und Gewinnung von Kochsalz auf. Schließlich werden verschiedene Kristallformen gezeigt. Im Begleitmaterial finden sich Schülerübungen zu Salzbildungsreaktionen sowie eine Bauanleitung für ein Gittermodell.
Kapitel „Elektrolyse“
In einem Film wird die nur aufwändig durchzuführende Schmelzflusselektrolyse von Bleichlorid vorgeführt. Ein Arbeitsblatt erleichtert die Besprechung des Versuches. Blei als Schwermetall und Gift wird mit zwei Bildern vorgestellt. Die Elektrolyse als wichtiges industrielles Verfahren beleuchtet ein weiterer kurzer Film. Die Anlage wird vorgestellt und die Vorgänge besprochen. Es folgt ein Ausblick auf die Energie-Aspekte der Aluminiumgewinnung. Die Anlage und die einzelnen Reaktionsschritte werden in zwei Bildern nochmals aufgegriffen, die die Sicherung mithilfe des angebotenen Arbeitsblattes begleiten können. Drei weitere Bilder erläutern die Ausgangsstoffe Kryolith und Bauxit und die Historie der Aluminiumgewinnung.
Kapitel „Luftverbrennung“
Luft besteht eben nicht aus Sauerstoff, sondern aus Stickstoff, der hier im Lichtbogen dazu gebracht wird, zu Stickstoffoxiden zu reagieren. Die aufwändige Apparatur kann mithilfe einer Grafik auf der Produktion und eines dazu gehörigen Arbeitsblattes besprochen werden. Die Reaktionen werden schrittweise in einer Bilderserie aufgezeigt.
Wie Stickstoffoxide in der Natur entstehen, z. B. durch Blitzschlag oder in Verbrennungsmotoren zeigt eine Bilderserie sehr anschaulich. Verschiedene Versuchsanleitungen, z. B. zum Stickstoffkreislauf und zu Nitraten in Nahrungsmitteln erweitern diesen Themenbereich, der schließlich durch eine weitere Bilderserie zu Nitraten in Alltag und Natur abgerundet wird.
Kapitel „Rund um den Ammoniak“
Der Film zeigt die Synthese von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren. Die historische Bedeutung dieser Reaktion wird in einer Bilderserie beleuchtet. Eine Serie von Bildern beleuchtet die Bedeutung des Ammoniaks im Alltag. Zu jedem Bild gibt es eine Anleitung für einen passenden Schülerversuch, z. B. zum Nachweis von Ammoniumionen in Blaukorn oder in Hirschhornsalz. Ein Informationsblatt zur Rolle des Ammoniaks beim Friseur bringt den Schülern die Veränderungen im Haar beim Legen einer Dauerwelle didaktisch reduziert nahe. Eine abschließende Bilderserie zu Ammonium-Salzen unter dem Mikroskop sowie eine dazu gehörige Versuchsanleitung sprechen das affektive Erleben der Schüler an.
Lexikon
Als Besonderheit findet sich auf dieser Produktion nicht nur umfangreiches Material für Schülerübungen sowie Arbeitsblätter, sondern auch ein sehr ausführliches Lexikon. In ihm wird auf je einer Seite jede wichtigere Substanz, die in der Produktion angesprochen wird, kurz durch einen Text und oft auch durch ein Bild beleuchtet. Das Lexikon eignet sich besonders, um ausgedruckt, laminiert und für Freies Arbeiten oder Ausstellungen verwendet zu werden. Andererseits können die Folien auch bearbeitet und von den Schülern passend ergänzt oder erweitert werden.
Zur Verwendung im Unterricht und didaktische Hinweise
Die Arbeitsblätter dienen verschiedenen Zwecken:
- Sie ermöglichen, die in den Filmen gezeigten Inhalte direkt im Anschluss zu vertiefen, zu sichern aber auch zu überprüfen.
- Die Arbeitsblätter mit Versuchsanleitungen, die vor allem für Schüler gedacht sind, erweitern das in den Filmsequenzen als Schwerpunkt angelegte Thema. Sie bauen bewusst nicht aufeinander auf, so dass der Lehrer sie variabel in ein eigenes Konzept einbinden kann.
- Die Schülerversuche der Arbeitsblätter sollen das eigenständige Arbeiten der Schüler fördern. So enthalten sie Aufträge und Aufgaben. Viele der Versuche eignen sich dazu, in „Expertengruppen“ bearbeitet und ergänzt zu werden. In „Stammgruppen“ bzw. im „Plenum“ können sie dann unter Anleitung des Lehrers zusammengefügt werden.
- Die Versuchsanleitungen eignen sich besonders gut, um in differenzierter Gruppenarbeit Einblicke in die Vielfalt alltäglicher Anwendungsgebiete zu gewinnen.
- Die Arbeitsblätter sind auch in Lernzirkeln einsetzbar, welche der Lehrer ergänzen oder neu zusammenstellen kann. Gerade bei knappen Ressourcen bieten sich Lernzirkel an. Beispielsweise unter dem Thema „Rund um den Stickstoff“ ist der Einsatz auch innerhalb größerer Projekte möglich.
- Bei der Besprechung der Arbeitsblätter im Folgenden wird auf die Vernetzung zwischen den Menüpunkten eingegangen.
Hinweise zu einzelnen Arbeitsblättern
Schülerübungen zur Thermolyse
In diesem Abschnitt finden sich drei Schülerübungen, die als Gruppenpuzzle (auch als SOL- oder StEx- Verfahren bezeichnet) durchgeführt werden können. Dabei bilden die Schüler jeweils zu dritt Stammgruppen, wobei jeder Schüler einen Versuch übernimmt. Nachdem er diesen selbstständig durchgeführt und ausgewertet hat, treten die Schüler aller Stammgruppen, die den jeweiligen Versuch gemacht haben, in sog. Expertengruppen zusammen und besprechen gemeinsam ihre Versuchsergebnisse. Anschließend kehren die Experten in ihre Stammgruppen zurück und erläutern ihren Mitschülern den Versuch samt Erklärung. Je nach Experimentiererfahrung müssen ein bis zwei Unterrichtsstunden dafür veranschlagt werden.
Schülerübung zur Zinkiodidsynthese und –elektrolyse
Die Übungen zum Thema Zinkiodid finden sich teils im Abschnitt „Synthese von Natriumchlorid“, teils im Abschnitt „Schmelzelektrolyse von Bleichlorid“. Sie kann jedoch bei entsprechender Erfahrung der Schüler im Experimentieren gekoppelt innerhalb einer Unterrichtsstunde durchgeführt werden. Die Lösungen von Zinkiodid und der Kaliumhexacyanoferrat(III) sollten möglichst konzentriert sein.
Der Kupferacetat-Langzeitversuch
Die Durchführung des Versuches sollte genau besprochen werden. Das Kupferblech wird von der Schule zur Verfügung gestellt. Bei Besprechung der Versuchsergebnisse nach zwei Wochen kann den Schülern durch Eindampfen der Lösung demonstriert werden, dass sich das typisch gefärbte Kupferacetat gebildet hat. In Verbindung mit der Schülerübung zur Thermolyse von Kupferacetat lässt sich von den Schülern leicht nachvollziehen, dass chemische Reaktionen umkehrbar sein können.
Die Kristallstruktur von Natriumchlorid
Das Arbeitsblatt zur Kristallstruktur des Natriumchlorids kann entweder als Hausaufgabe oder als fächerübergreifendes Element im Unterricht eingesetzt werden. Hier beträgt der zeitliche Aufwand etwa eine Unterrichtsstunde, wobei die Trocknungszeit der Kugeln in der Vorplanung zu berücksichtigen ist.
Besprechung des Themas Aluminium
Das Thema kann zur Erweiterung der Schmelzflusselektrolyse eingesetzt werden. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei die Aluminiumgewinnung im großtechnischen Verfahren kennen. Durch die ausführliche Darstellung des Energieaufwandes wird Bezug zur Umweltbelastung genommen und den Schülern die Notwendigkeit des Recyclings verdeutlicht.
Der Kurzfilm, der die Aluminiumgewinnung sehr gut veranschaulicht und den Energieaspekt am Ende hervorhebt, dient zur Festigung und Erweiterung der Kenntnisse und kann mit Hilfe des zugehörigen Arbeitsblattes weiter vertieft werden.
Luftverbrennung, Salpetersäure und Nitrate
Die Arbeitsblätter greifen die Filmsequenz auf und beschäftigen sich mit den Eigenschaften der Salpetersäure in verdünnter Form sowie deren Reaktionen mit Metallen. Die Reduktion von Nitrat zu Ammoniak leitet zu ökologischen Aspekten über: Stickstoffkreislauf, Aufnahme von Nitrat durch Pflanzen und Gesundheitsgefährdung durch Nitrat. Die oxidierende Wirkung von Nitraten wird spielerisch durch die Brandmalerei vorgestellt.
Rund um den Ammoniak
Durch die Versuchsanleitungen gewinnen die Schüler Einblicke in die Vielfalt der täglichen Anwendungsgebiete von Ammoniumverbindungen sowie in die technische Herstellung von Ammoniak. Einen ästhetischen Aspekt berücksichtigt die Beobachtung von Kristallbildungen unter dem Mikroskop.
Integration des Lexikons in den Unterricht
- Das Lexikon, das die Arbeitsmaterialien ergänzt und zusätzlich illustriert, soll den Umgang mit Informationen erleichtern. Nicht immer bietet das grenzenlose Internet die passende Auswahl. Daher orientieren sich die Inhalte des Lexikons stark an den Inhalten der Arbeitsblätter.
- Die angebotene Version des Lexikons ist frei verfügbar, kann und soll von den Schülern ergänzt und erweitert werden, je nach Schwerpunkt der Unterrichtssequenz. Die Arbeit im Computerraum kann dadurch optimiert werden.
- Die Autoren haben auch an ein Fundament für eine „elektronische“ Lernkartei gedacht. Ausgedruckt sind die Folien auch herkömmlich als Lernkartei nutzbar.
Produktionsangaben
Chemische Schulversuche und Schülerübungen – Anorganik
Produktion und Herausgabe
FWU Institut für Film und Bild, Grünwald und
Klett-Perthes Verlag GmbH, Gotha, 2006
Konzept
Dr. Christa Plaß
Eva Theresa Markert
Katja Weirauch
Versuchsanleitungen und Arbeitsmaterial
Dr. Christa Plaß
Eva Theresa Markert
Grafik
Heike Gewehr, e-synergy
Begleitinformationen
Dr. Christa Plaß
Eva Theresa Markert
Katja Weirauch
Bildnachweis
Introbild: contrastwerkstatt
Stefan Fischer
Oliver Dürhammer
bpk Bildarchiv Preußischer Kulturbesitz
Bridgeman Art Library fotolia
ifa Bilderservice mauritius images
Science Photo Library / Focus
Danksagung
Das FWU Institut für Film und Bild dankt ausdrücklich den im Folgenden Genannten für das kostenlose Bereitstellen von Bildmaterial:
Dr. med. Rolf Kisro, Berlin http://www.kisro.de
Dr. Caroline Röhr, Universität Freiburg http://ruby.chemie.uni-freiburg.de
BASF
Pädagogische Referentin im FWU
Katja Weirauch
Nur Bildstellen/Medienzentren:
öV zulässig
© 2006
FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig
Bavariafilmplatz 3
D-82031 Grünwald
Telefon (089) 6497-1
Telefax (089) 6497-240
E-Mail info@fwu.de
Internet http://www.fwu.de
Klett-Perthes Verlag GmbH Justus-Perthes-Straße 3–5
D-99867 Gotha
Telefon (03621) 385-0
Telefax (03621) 385-102
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