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Orientierungsbereich (Sprungmarken)

2 Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen

Die in den allgemeinen Aufgaben und Zielen des Faches beschriebene übergreifende fachliche Kompetenz wird ausdifferenziert, indem fachspezifische Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder identifiziert und ausgewiesen werden. Dieses analytische Vorgehen erfolgt, um die Strukturierung der fachrelevanten Prozesse einerseits sowie der Gegenstände andererseits transparent zu machen. In den Kompetenzerwartungen werden Prozesse und Gegenstände miteinander verknüpft. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der gleichzeitige Einsatz von Können und Wissen bei der Bewältigung von Anforderungssituationen eine zentrale Rolle spielt.

Kompetenzbereiche repräsentieren die Grunddimensionen des fachlichen Handelns. Sie dienen dazu, die einzelnen Teiloperationen entlang der fachlichen Kerne zu strukturieren und den Zugriff für die am Lehr-Lernprozess Beteiligten zu verdeutlichen.

Inhaltsfeldersystematisieren mit ihren jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkten die im Unterricht der gymnasialen Oberstufe verbindlichen und unverzichtbaren Gegenstände und liefern Hinweise für die inhaltliche Ausrichtung des Lehrens und Lernens.

Kompetenzerwartungen führen Prozesse und Gegenstände zusammen und beschreiben die fachlichen Anforderungen und intendierten Lernergebnisse, die kontinuierlich bis zum Ende der Sekundarstufe II erreicht werden sollen.

Kompetenzerwartungen

  • beziehen sich auf beobachtbare Handlungen und sind auf die Bewältigung von Anforderungssituationen ausgerichtet,
  • stellen im Sinne von Regelstandards die erwarteten Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten auf einem mittleren Abstraktionsgrad dar,
  • ermöglichen die Darstellung einer Progression vom Anfang bis zum Ende der Sekundarstufe II und zielen auf kumulatives, systematisch vernetztes Lernen,
  • können in Aufgabenstellungen umgesetzt und überprüft werden.

Insgesamt ist der Unterricht in der Sekundarstufe II nicht allein auf das Erreichen der aufgeführten Kompetenzerwartungen beschränkt, sondern soll es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, diese weiter auszubauen und darüber hinausgehende Kompetenzen zu erwerben.

2.1 Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder des Faches

Der Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe ermöglicht den Erwerb von Kompetenzen, die für eine vertiefte chemisch-naturwissenschaftliche Bildung erforderlich sind.

Kompetenzbereiche

Für naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsprozesse werden Kompetenzen aus mehreren, nicht immer scharf voneinander abzugrenzenden Bereichen benötigt. Dieser Kernlehrplan unterscheidet die vier Kompetenzbereiche

  • Umgang mit Fachwissen,
  • Erkenntnisgewinnung,
  • Kommunikation sowie
  • Bewertung.

Der Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen bezieht sich auf die Fähigkeit, chemische Konzepte zur Lösung von Aufgaben und Problemen aus fachbezogenen Anwendungsbereichen auszuwählen und zu nutzen. Dazu ist ein tiefes Verständnis ihrer Bedeutung notwendig, was u.a. die Kenntnis von Eigenschaften, theoretischen Einbettungen oder funktionalen Zusammenhängen, Gültigkeitsbereichen, Beispielen für die Angemessenheit bestimmter Konzeptesowie von verknüpften Handlungsmöglichkeiten beinhaltet. Für einen sicheren Zugriff auf vorhandenes und für die Erschließung und Integration von neuem Fachwissen ist es außerdem erforderlich, das Wissen angemessen zu organisieren und zu strukturieren.

Der Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung beinhaltet die Fähigkeiten und methodischen Fertigkeiten von Schülerinnen und Schülern, chemische Fragestellungen zu erkennen, diese mit Experimenten und anderen Methoden hypothesengeleitet zu untersuchen sowieErgebnisse zu gewinnen und zu verallgemeinern. Naturwissenschaftliche Erkenntnis basiert im Wesentlichen auf einer Modellierung der Wirklichkeit. Modelle, von einfachen Analogien bis hin zu formalen Modellen und Theorien, dienen dabei zur Veranschaulichung, Erklärung und Vorhersage. Eine Reflexion der Erkenntnismethoden verdeutlicht den besonderen Charakter der Naturwissenschaften mit ihren spezifischen Denk- und Arbeitsweisen und grenzt sie von anderen Möglichkeiten der Weltbegegnung ab.

Der Kompetenzbereich Kommunikation beschreibt erforderliche Fähigkeiten für einen produktiven fachlichen Austausch. Kennzeichnend dafür ist, mit Daten und Informationsquellen sachgerecht und kritisch umzugehen sowie fachliche Ausführungen in schriftlicher und mündlicher Form verstehen und selbst präsentieren zu können. Dazu gehört auch, gebräuchliche Darstellungsformen wie Tabellen, Graphiken und Diagramme zu beherrschen sowie bewährte Regeln der fachlichen Argumentation einzuhalten. Charakteristisch für die Naturwissenschaften sind außerdem das Offenlegen eigener Überlegungen, eigene Gedanken und Untersuchungsergebnisseeiner fachlichen Kritik durch andere auszusetzen sowie die kritische Auseinandersetzung mit fremden Ideen.

Der Kompetenzbereich Bewertung bezieht sich auf die Fähigkeit, überlegt zu urteilen. Dazu gehört, Kriterien und Handlungsmöglichkeiten sorgfältig zusammenzutragen und gegeneinander abzuwägen. Auf dieser Grundlage ist es möglich, rationale und begründete Entscheidungen zu treffen und dafür zielführend Position zu beziehen. Für gesellschaftliche und persönliche Entscheidungen sind diesbezüglich die Kenntnis und Berücksichtigung von normativen und ethischen Maßstäben bedeutsam, nach denen Interessen und Folgen naturwissenschaftlicher Forschung beurteilt werden können. Es ist jedoch auch notwendig, die Chancen für Problemlösungen einschätzen zu können und zu erkennen, wo naturwissenschaftliche Erkenntnis an ihre Grenzen stößt.

Inhaltsfelder

Kompetenzen sind nicht nur an Kompetenzbereiche, sondern immer auch an fachliche Inhalte gebunden. Eine vertiefte chemisch-naturwissenschaftliche Bildung soll deshalb mit Blick auf die nachfolgenden Inhaltsfelder entwickelt werden.

Einführungsphase

Im Inhaltsfeld 1 Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionenwerden Stoffklassen der organischen Chemie und die Einstellung und Beeinflussung von Gleichgewichtsreaktionen betrachtet. Für die ausgewähltenVerbindungen der organischen Stoffklassen stehen die für die Chemie grundlegenden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im Vordergrund. Die systematische Aufdeckung derZusammenhänge von Stoff- und Teilchenebene schafft Ordnung in der Stoffvielfalt. Durch die Einbeziehung anorganischer Kohlenstoffverbindungen und den Einblick in die Nanochemie des Kohlenstoffs wird die Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen auf eine noch breitere Basis gestellt. Die Behandlung der organischen und anorganischen Kohlenstoffverbindungen ist für die Chemie grundlegend und ermöglicht vielfältige Zugänge zum Verständnis und zur Einschätzung von Stoffen und Stoffgemischen des Alltags und der Lebenswelt. Der Gleichgewichtsaspekt ist neben der Stoffumwandlung und der damit einhergehenden Energieumsätze ein entscheidendes Merkmal zur Beschreibung von chemischen Reaktionen in Natur und Technik. Mit der Einbeziehung des chemischen Gleichgewichtes in die Betrachtung chemischer Reaktionen und der Möglichkeit seiner Beeinflussung können die Auswirkungen anthropogener Eingriffe in Kreisläufe der Natur eingeschätzt werden.

Qualifikationsphase

Im Inhaltsfeld 2 Säuren, Basenund analytische Verfahre werden chemische Reaktionen durch das Donator-Akzeptor-Konzept auf der Teilchenebene strukturiert und geordnet. Eine chemische Reaktion wird dadurch mit Blick auf die Funktion von Teilchen analysiert. Die Übertragung der Gesetzmäßigkeiten des chemischen Gleichgewichts auf Säure-Base-Reaktionen erlaubt es, die Stärke von Säuren und Basen abzuschätzen und mithilfe des Massenwirkungsgesetzes zu quantifizieren. Die Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen durch Titrationen ist ein grundlegendes analytisches Verfahren, das z.B. bei Untersuchungen von umweltrelevanten Aspekten eine herausragende Rolle spielt. Säuren und Basen als Stoffe, ihre Reaktionen und ihre quantitative Erfassung bilden einerseits einen Grundpfeiler der allgemeinen und anorganischen Chemie und finden andererseits vielfältige Anwendungen im täglichen Leben, in der Technik und Industrie.

Das Inhaltsfeld 3 Elektrochemie behandelt den Aufbau und die chemischen Reaktionen mobiler Energiequellen. Elektrische Energie wird hier aus chemischen Reaktionen erhalten. Andererseits wird elektrische Energie zum Laden vieler mobiler Energiequellen, zur Gewinnung von Stoffen und zum Schutz von Gegenständen vor Korrosion genutzt. Grundlegend für diese Reaktionen ist das Donator-Akzeptor-Konzept. Die Umwandlungen von chemischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt machen innere Zusammenhänge zwischen den beiden Naturwissenschaften Chemie und Physik sowie der Technik deutlich. Die Verwendung mobiler Energiequellen beeinflusst das tägliche Leben in einer modernen Gesellschaft. Die Effizienz der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie durch chemische Reaktionen ist eine Voraussetzung für die Beurteilungihres Einsatzes.Die Möglichkeit der Speicherung elektrischer Energie ist ein wichtiges Forschungsgebiet für die Energieversorgung der Zukunft.

Im Inhaltsfeld 4 OrganischeProdukte – Werkstoffe und Farbstoffe werden mehrstufige, gezielte Synthesen für Anwendungsprodukte behandelt.Grundlegende Reaktionstypen lassen sich in Kategorien einteilen,dieauch zur Gliederung und Systematisierung der Vielfalt organischer Verbindungen genutzt werden. Kenntnisse von Reaktionsschritten ausgewählter Reaktionstypen ermöglichen das Verständnis von Reaktionsabläufen. Dabei werden Struktur-Eigen­schafts­be­zie­hun­gen mit chemischen Reaktionen verknüpft. Die Gliederung organischer Reaktionen in Teilschritte erweitert den Blick auf die Vorhersage und Beeinflussbarkeit chemischer Reaktionen. Makromolekulare Stoffe weisen gemeinsame, aber auch spezifische Eigenschaften auf, die zu vielseitig einsetzbaren Werkstoffen und Produkten des alltäglichen Gebrauchs führen. Seit Beginn ihrer industriellen Herstellung haben makromolekulare Stoffe an Bedeutung gewonnen, diese Stoffe werden auch in der Zukunft eine herausragende Rolle spielen. Farbstoffe spielen in fast allen Bereichen des täglichen Lebens eine wichtige Rolle. Moleküle, die entsprechende Anteile des elektromagnetischen Spektrums absorbieren, weisen charakteristische Strukturen auf. Viele Farbstoffe gehören zur Gruppe der Aromaten, einer Stoffklasse, die auch in vielen anderen Bereichen der Chemie von besonderer Bedeutung ist. Die Absorption elektromagnetischer Strahlung wird für spektroskopische Analyseverfahren genutzt. „Maßgeschneiderte“ Moleküle sind Gegenstand vielfältiger Forschung und spielen in der künftigenProduktentwicklung,z.B. in der Medizintechnik oder beim Bau neuer Solarzellen, eine besondere Rolle.

2.2 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Einführungsphase

Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf einer ggf. heterogenen Kompetenzentwicklung in der Sekundarstufe I – am Ende der Einführungsphase über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt und im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die beigefügten Kürzel dienen dabei der Verortung sowie der Verdeutlichung der Progression der übergeordneten Kompetenzerwartungen über die einzelnen Stufen hinweg (vgl. Anhang).

Umgang mit
Fachwissen

Schülerinnen und Schüler können …

UF1

Wiedergabe

ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu übergeordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstellen,

UF2

Auswahl

zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden,

UF3

Systematisierung

die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen,

UF4

Vernetzung

bestehendes Wissen aufgrund neuer chemischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren.

Erkenntnisgewinnung

Schülerinnen und Schüler können …

E1

Probleme und Fragestellungen

in vorgegebenen Situationen chemische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu Fragestellungen angeben,

E2

Wahrnehmung und Messung

kriteriengeleitet beobachten und erfassen und gewonnene Ergebnisse frei von eigenen Deutungen beschreiben,

E3

Hypothesen

zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben,

E4

Untersuchungen und Experimente

unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtetplanen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten,



E5

Auswertung

Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form einfacher funktionaler Beziehungen beschreiben,

E6

Modelle

Modellebegründet auswählen und zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage chemischer Vorgänge verwenden, auch in einfacher formalisierter oder mathematischer Form,

E7

Arbeits- und Denkweisen

an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit naturwissenschaftlicher Regeln, Gesetze und Theorien beschreiben.

Kommunikation

Schülerinnen und Schüler können …

K1

Dokumentation

Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge,




K2

Recherche

in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungsbezogene Fragestellungenmithilfe vonFachbüchern und anderen Quellen bearbeiten,



K3

Präsentation

chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen,

K4

Argumentation

chemische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

Bewertung

Schülerinnen und Schüler können …

B1

Kriterien

bei Bewertungen in naturwissenschaftlich-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien angeben und begründet gewichten,

B2

Entscheidungen

für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen kriteriengeleitet Argumente abwägen und einen begründeten Standpunkt beziehen,

B3

Werte und Normen

in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit chemischen Fragestellungen darstellen sowie mögliche Konfliktlösungen aufzeigen,

B4

Möglichkeiten und Grenzen

Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung des nachfolgenden, für die Einführungsphase obligatorischenInhaltsfeldsentwickelt werden:

1.) Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen:

Inhaltsfeld 1: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Organische und anorganische Kohlenstoffverbindungen
  • Gleichgewichtsreaktionen
  • Stoffkreislauf in der Natur
  • Nanochemie des Kohlenstoffs
  • Vom Alkohol zum Aromastoff
  • Vom Autoabgas zur Versauerung des Meeres
  • Neue Materialien aus Kohlenstoff

Basiskonzept Struktur-Eigenschaft

Stoffklassen und ihre funktionellen Gruppen: Alkane, Alkene, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester

Homologe Reihen und Isomerie

Bindungen und zwischenmolekulare Wechselwirkungen

Modifikationen des Kohlenstoffs

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Reaktionsgeschwindigkeit

Beeinflussung von Gleichgewichtsreaktionen

Massenwirkungsgesetz

Stoffkreislauf

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Oxidationsreihe der Alkohole

Basiskonzept Energie

Aktivierungsenergie und Reaktionsdiagramm

Katalyse

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler …

  • beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester (UF2),
  • ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3),
  • erklären an Verbindungen aus den Stoffklassen der Alkane und Alkene das C-C-Verknüpfungsprinzip (UF2),
  • beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie und Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane und Alkohole (UF1, UF3),
  • benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3),
  • erläutern ausgewählte Eigenschaften organischer Verbindungen mit Wechselwirkungen zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte) (UF1, UF3),
  • erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2),
  • ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1),
  • beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u.a. Fullerene) (UF4),
  • erläutern den Ablauf einer chemischen Reaktion unter dem Aspekt der Geschwindigkeit und definieren die Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotient Dc/Dt (UF1),
  • erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1),
  • 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 für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3),
  • interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4),
  • beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Oberfläche, Konzentration, Temperatur) (E5),
  • führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4),
  • nutzenbekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6),
  • stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3),
  • beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor-Prinzips(E2, E6),
  • erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung eines Stoffes (E5),
  • erläutern Grenzen der ihnen bekannten Bindungsmodelle (E7),
  • planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren Beobachtungen und Ergebnisse (E2, E4),
  • formulieren Hypothesen zum Einfluss verschiedener Faktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit und entwickeln Versuche zu deren Überprüfung (E3),
  • erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie für Gase) (E6),
  • interpretieren ein einfaches Energie-Reaktionsweg-Diagramm (E5, K3),
  • beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6),
  • unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1),
  • formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1),
  • formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) (E3),
  • beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung eineschemischen Gleichgewichts, 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),
  • beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3),
  • wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel,Summenformel, Strukturformel) (K3),
  • analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der Werbung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachgehaltund korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4),
  • recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffeund präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3),
  • stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit tabellarisch und graphisch dar (K1),
  • veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislaufgraphisch oder durch Symbole (K3),
  • recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4),
  • stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz(B1, B2),
  • beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1),
  • zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des Kohlenstoffdioxidausstoßesund der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4),
  • beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhaus­effektes (B3),
  • bewertenan einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4).

2.3 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Qualifikationsphase

Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf der Kompetenzentwicklung in der Einführungsphase – am Ende der Sekundarstufe II über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt und im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die beigefügten Kürzel dienen dabei der Verortung sowie zur Verdeutlichung der Progression der übergeordneten Kompetenzerwartungen über die einzelnen Stufen hinweg (vgl. Anhang).

Umgang mit
Fachwissen

Schülerinnen und Schüler können …

UF1

Wiedergabe

Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzipien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern,

UF2

Auswahl

zur Lösung chemischer Probleme zielführende Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen chemischen Größen angemessen und begründet auswählen,

UF3

Systematisierung

chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren,

UF4

Vernetzung

Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen.

Erkenntnisgewinnung

Schülerinnen und Schüler können …

E1

Probleme und Fragestellungen

selbstständig in unterschiedlichen Kontexten chemische Probleme identifizieren, analysieren und in Form chemischer Fragestellungen präzisieren,

E2

Wahrnehmung und Messung

komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungenerläutern und sachgerecht verwenden,

E3

Hypothesen

mit Bezug auf Theorien, Konzepte,Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten,

E4

Untersuchungen und Experimente

Experimente mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien einschließlich der Sicherheitsvorschriften durchführen oder deren Durchführung beschreiben,



E5

Auswertung

Daten/Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder auch mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,

E6

Modelle

Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen chemische Prozesse erklären oder vorhersagen,



E7

Arbeits- und Denkweisen

bedeutende naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

Kommunikation

Schülerinnen und Schüler können …


K1

Dokumentation

bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden,


K2

Recherche

zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen,



K3

Präsentation

chemische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren,

K4

Argumentation

sich mit anderen über chemische Sachverhalte und Erkenntnisse kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.

Bewertung

Schülerinnen und Schüler können …

B1

Kriterien

fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Maßstäbe bei Bewertungen von naturwissenschaftlich-technischen Sachverhalten unterscheiden und angeben,

B2

Entscheidungen

Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Standpunkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten,

B3

Werte und Normen

an Beispielen von Konfliktsituationen mit chemischen Hintergründen kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten,

B4

Möglichkeiten und Grenzen

begründet die Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten.

2.3.1 Grundkurs

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obligatorischenInhaltsfelder entwickelt werden:

2.) Säuren, Basen und analytische Verfahren

3.) Elektrochemie

4.) Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen:

Inhaltsfeld 2: Säuren, Basen und analytische Verfahren

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen
  • Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen durch Titration
  • Säuren und Basen in Alltagsprodukten
  • Einfluss von Säuren und Basen auf Gewässer und Böden

Basiskonzept Struktur-Eigenschaft

Merkmale von Säuren bzw. Basen

Leitfähigkeit

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Autoprotolyse des Wassers

pH-Wert

Stärke von Säuren

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Säure-Base-Konzept von Brønsted

Protonenübergänge bei Säure-Base-Reaktionen

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschreiben diesemithilfe des Säure-Base-Konzepts von Brønsted (UF1, UF3),
  • interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des KS-Wertes (UF2, UF3),
  • erläutern die Autoprotolyse und das Ionenprodukt des Wassers (UF1),
  • berechnen pH-Werte wässriger Lösungen starker Säuren und starker Basen (Hydroxide) (UF2),
  • klassifizieren Säuren mithilfe von KS- und pKS-Werten (UF3),
  • berechnen pH-Werte wässriger Lösungen schwacher einprotonigerSäuren mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (UF2).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • zeigen an Protolysereaktionen auf, wie sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7),
  • planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig(E1, E3),
  • erläutern das Verfahren einer Säure-Base-Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5),
  • erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6),
  • beschreiben das Verfahren einerLeitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltagsprodukten oder der Umwelt und werten vorhandene Messdatenaus (E2, E4, E5),
  • machen Vorhersagen zu Säure-Base-Reaktionen anhand von KS- und pKS-Werten.(E3),
  • bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u.a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-Akzeptor-Prinzip (K1, K3),
  • dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitrationmithilfe graphischer Darstellungen (K1),
  • erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts(K3),
  • recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht (K2, K4).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1, B2),
  • bewerten die Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base-Reaktionen (B1).

Inhaltsfeld 3: Elektrochemie

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Elektrochemische Gewinnung von Stoffen
  • Mobile Energiequellen
  • Korrosion
  • Strom für Taschenlampe und
    Mobiltelefon
  • Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Umkehrbarkeit von Redoxreaktionen

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle

Elektrolyse

Galvanische Zellen

Elektrochemische Korrosion

Basiskonzept Energie

Faraday-Gesetze

elektrochemische Energieumwandlungen

Standardelektrodenpotentiale

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u.a.Daniell-Element) (UF1, UF3),
  • beschreiben den Aufbau einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle (UF1),
  • berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3),
  • erklären Aufbau und Funktion elektrochemischer Spannungsquellen aus Alltag und Technik (Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegender Aspekte galvanischer Zellen (u.a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Redoxreaktion, Trennung der Halbzellen) (UF4),
  • beschreiben und erklären Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3),
  • deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen eines galvanischen Elements (UF4),
  • erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berücksichtigung des Phänomens der Überspannung(UF2),
  • erläutern und berechnen mit den Faraday-Gesetzen Stoff- und Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2),
  • erläutern elektrochemische Korrosionsvorgänge (UF1, UF3).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7),
  • entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metallatomen und Metallionen (E3),
  • planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5),
  • erläutern die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6),
  • analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1),
  • stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3),
  • recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Lade- und Entladevorgänge(K2, K3),
  • argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig über Vorzüge und Nachteile unterschiedlicher mobiler Energiequellenund wählen dazu gezielt Informationen aus (K4).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B3),
  • vergleichen und bewerten innovative und herkömmliche elektrochemische Energiequellen (u.a. Wasserstoff-Brennstoffzelle) (B1),
  • diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4),
  • diskutieren Folgen von Korrosionsvorgängen unter ökologischen und ökonomischen Aspekten (B2).

Inhaltsfeld 4: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Organische Verbindungen und Reaktionswege
  • Organische Werkstoffe
  • Farbstoffe und Farbigkeit
  • Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt
  • Maßgeschneiderte Produkte

Basiskonzept Struktur-Eigenschaft

Stoffklassen und Reaktionstypen

elektrophile Addition

Eigenschaften makromolekularer Verbindungen

Polykondensation und radikalischePolymerisation

Benzol als aromatisches System und elektrophile Erstsubstitution

Molekülstruktur und Farbigkeit

zwischenmolekulare Wechselwirkungen

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Reaktionssteuerung

Basiskonzept Energie

Spektrum und Lichtabsorption

Energiestufenmodell zur Lichtabsorption

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • beschreiben den Aufbau der Moleküle (u.a. Strukturisomerie) und die charakteristischen Eigenschaften von Vertretern der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester und ihre chemischen Reaktionen (u.a. Veresterung, Oxidationsreihe der Alkohole) (UF1, UF3),
  • erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stoffeigenschaften vorher (UF1),
  • erklären Stoffeigenschaften mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen (u.a.Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4),
  • klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Eliminierungen und Kondensationen (UF3),
  • formulieren Reaktionsschritte einerelektrophilen Addition und erläutern diese (UF1),
  • verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4),
  • erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterscheiden Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Polyester, Polyamide) (UF1, UF3),
  • beschreiben und erläutern die Reaktionsschritte einer radikalischen Polymerisation (UF1, UF3),
  • erläutern die Eigenschaften von Polymeren aufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Kettenlänge, Vernetzungsgrad)und erklären ihre praktische Verwendung (UF2, UF4),
  • erklären die elektrophile Erstsubstitution am Benzol und deren Bedeutung als Beleg für das Vorliegen eines aromatischen Systems (UF1, UF3),
  • erklären die Farbigkeit von vorgegebenen Stoffen (u.a. Azofarbstoffe) durch Lichtabsorption und erläutern den Zusammenhang zwischen Farbigkeit und Molekülstruktur mithilfedes Mesomeriemodells (mesomere Grenzstrukturen, Delokalisation von Elektronen, Donator-/Akzeptorgruppen) (UF1, E6).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4),
  • schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab(u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3),
  • untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaften, planen dafür zielgerichtete Experimente(u.a. zum thermischen Verhalten), führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5),
  • ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere und Duromere)(E5),
  • beschreiben die Struktur und Bindungsverhältnisse aromatischer Verbindungen mithilfemesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstellung (E6, E7),
  • erklären vergleichend die Struktur und deren Einfluss auf die Farbigkeit ausgewählter organischer Farbstoffe (u.a. Azofarbstoffe) (E6),
  • werten Absorptionsspektren fotometrischer Messungen aus und interpretieren die Ergebnisse (E5).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3),
  • erläutern Zusammenhänge zwischen Lichtabsorption und Farbigkeit fachsprachlich angemessen (K3),
  • präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata (K3),
  • recherchieren zur Herstellung, Verwendung und Geschichte ausgewählter organischerVerbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3),
  • demonstrieren an ausgewählten Beispielen mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion „maßgeschneiderter“ Moleküle (K3).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3),
  • diskutieren Wege zur Herstellung ausgewählter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. industrieller Zwischenprodukte aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B2, B3),
  • beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vorgegebenen Fragestellungen (B4).

2.3.2 Leistungskurs

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obligatorischenInhaltsfelder entwickelt werden:

2.) Säuren, Basen und analytische Verfahren

3.) Elektrochemie

4.) Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe

Bezieht man die zu Beginn des Kapitels 2.3 beschriebenen übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen:

Inhaltsfeld 2: Säuren, Basen und analytische Verfahren

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen
  • Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen
  • Titrationsmethoden im Vergleich
  • Säuren und Basen in Alltagsprodukten
  • Umweltanalytik
  • Einfluss von Säuren und Basen auf Gewässer und Böden

Basiskonzept Struktur-Eigenschaft

Merkmale von Säuren bzw. Basen

Leitfähigkeit

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Autoprotolyse des Wassers

pH-Wert

Stärke von Säuren und Basen

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Säure-Base-Konzept von Brønsted

Protonenübergänge bei Säure-Base-Reaktionen

pH-metrische Titration

Basiskonzept Energie

Neutralisationswärme

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschreiben diese mithilfe des Säure-Base-Konzepts von Brønsted (UF1, UF3),
  • interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des KS-Wertes (UF2, UF3),
  • erläutern die Autoprotolyse und das Ionenprodukt des Wassers (UF1),
  • berechnen pH-Werte wässriger Lösungen starker Säuren und starker Basen (Hydroxide) (UF2),
  • klassifizieren Säuren und Basen mithilfe von S-, KB- und pKS-, pKB-Werten (UF3),
  • berechnen pH-Werte wässriger Lösungen einprotonigerschwacher Säuren und entsprechender schwacherBasen mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (UF2).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler …

  • zeigen an Protolysereaktionenauf, wie sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønstedverändert hat (E6, E7),
  • planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig (E1, E3),
  • erläutern das Verfahren einer Säure-Base-Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5),
  • beschreiben eine pH-metrische Titration, interpretieren charakteristische Punkte der Titrationskurve (u.a. Äquivalenzpunkt, Halbäquivalenzpunkt) und erklären den Verlauf mithilfe desProtolysekonzepts(E5),
  • erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6),
  • erläutern die unterschiedlichen Leitfähigkeiten von sauren und alkalischen Lösungen sowie von Salzlösungen gleicher Stoffmengenkonzentration (E6),
  • beschreiben das Verfahren der Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltagsprodukten oder der Umwelt und werten vorhandene Messdaten aus (E2, E4,E5),
  • machen Vorhersagen zu Säure-Base-Reaktionen anhand von KS-und KB-Werten und von pKS- und pKB-Werten (E3),
  • bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u.a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5),
  • vergleichen unterschiedliche Titrationsmethoden (u.a. Säure-Base-Titration mit einem Indikator, Leitfähigkeitstitration, pH-metrische Titration) hinsichtlich ihrer Aussagekraft für ausgewählte Fragestellungen (E1, E4),
  • erklären die Reaktionswärme bei Neutralisationen mit der zugrundeliegenden Protolyse(E3, E6).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-Akzeptor-Prinzip (K1, K3),
  • dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration und einer pH-metrischen Titration mithilfe graphischer Darstellungen (K1),
  • erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure bzw. einer schwachen und einer starken Base unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts (K3),
  • recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht (K2, K4),
  • beschreiben und erläutern Titrationskurven starker und schwacher Säuren (K3),
  • nutzen chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Auswahl eines geeigneten Indikators für eine Titration mit Endpunktsbestimmung (K2).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1, B2),
  • bewerten die Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base-Reaktionen (B1),
  • bewerten durch eigeneExperimente gewonnene oder recherchierte Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen auf der Grundlage von Kriterien der Produktqualität oder des Umweltschutzes (B4),
  • beschreiben den Einfluss von Säuren und Basen auf die Umwelt an Beispielen und bewerten mögliche Folgen (B3).

Inhaltsfeld 3: Elektrochemie

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Elektrochemische Gewinnung von Stoffen
  • Mobile Energiequellen
  • Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse
  • Korrosion und Korrosionsschutz
  • Strom für Taschenlampe und
    Mobiltelefon
  • Verzinken gegen Rost
  • Elektroautos - Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Umkehrbarkeit von Redoxreaktionen

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle

Elektrolyse

Galvanische Zellen

Elektrochemische Korrosion

Korrosionsschutz

Basiskonzept Energie

Faraday-Gesetze

elektrochemische Energieumwandlungen

Standardelektrodenpotentiale

Nernst-Gleichung

Kenndaten von Batterien und Akkumulatoren

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u.a.Daniell-Element)(UF1, UF3),
  • beschreiben den Aufbau einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle (UF1),
  • berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3),
  • berechnen Potentiale und Potentialdifferenzen mithilfe der Nernst-Gleichung und ermitteln Ionenkonzentrationen von Metallen und Nichtmetallen (u.a. Wasserstoff und Sauerstoff) (UF2),
  • erklären Aufbau und Funktion elektrochemischer Spannungsquellen aus Alltag und Technik (Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegender Aspekte galvanischer Zellen (u.a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Redoxreaktion, Trennung der Halbzellen) (UF4),
  • beschreiben und erläutern Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3),
  • deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen eines galvanischen Elements (UF4),
  • erläutern den Aufbau und die Funktionsweise einer Wasserstoff-Brennstoffzelle (UF1, UF3),
  • erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berücksichtigung des Phänomens der Überspannung (UF2),
  • erläutern und berechnen mit den Faraday-Gesetzen Stoff- und Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2),
  • erläutern elektrochemische Korrosionsvorgänge und Maßnahmen zum Korrosionsschutz (u.a. galvanischer Überzug, Opferanode) (UF1, UF3).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7),
  • entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metallen/Metallionen und Nichtmetallen/Nichtmetallionen (E3),
  • planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5),
  • planen Versuche zur quantitativen Bestimmung einer Metallionen-Konzentration mithilfe der Nernst-Gleichung (E4),
  • erläutern die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6),
  • analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5),
  • entwickeln aus vorgegebenen Materialien galvanische Zellen und treffen Vorhersagen über die zu erwartende Spannung unter Standardbedingungen (E1, E3),
  • werten Daten elektrochemischer Untersuchungen mithilfe der Nernst-Gleichung und der Faraday-Gesetze aus (E5),
  • schließen aus experimentellen Daten auf elektrochemische Gesetzmäßigkeiten (u.a. Faraday-Gesetze) (E6).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1),
  • stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3),
  • recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Lade- und Entladevorgänge (K2, K3),
  • argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig über Vorzüge und Nachteile unterschiedlicher mobiler Energiequellen und wählen dazu gezielt Informationen aus (K4),
  • recherchieren Beispiele für elektrochemische Korrosion und Möglichkeiten des Korrosionsschutzes(K2, K3).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomischer und ökologischer Perspektive(B1, B3),
  • (u.a. Wasserstoff-Brennstoffzelle, Alkaline-Zelle)(B1),
  • diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4),
  • diskutieren Möglichkeiten der elektrochemischen Energiespeicherung als Voraussetzung für die zukünftige Energieversorgung (B4),
  • diskutieren ökologische Aspekte und wirtschaftliche Schäden, die durch Korrosionsvorgänge entstehen können (B2),
  • bewerten für konkrete Situationen ausgewählte Methoden des Korrosionsschutzes bezüglich ihres Aufwandes und Nutzens (B3, B2).

Inhaltsfeld 4: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe

Inhaltliche Schwerpunkte

Vorschläge für mögliche Kontexte

  • Organische Verbindungen und Reaktionswege
  • Reaktionsabläufe
  • Organische Werkstoffe
  • Farbstoffe und Farbigkeit
  • Konzentrationsbestimmung durch Lichtabsorption
  • Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt
  • Maßgeschneiderte Werkstoffe
  • Farbstoff und Solarzelle
  • Farbstoffe in Alltag und Analytik

Basiskonzept Struktur-Eigenschaft

Stoffklassen und Reaktionstypen

elektrophile Addition

nucleophile Substitution

Eigenschaften makromolekularer Verbindungen

Polykondensation und radikalischePolymerisation

Benzol, Phenol und das aromatische System

elektrophile Erst- und Zweitsubstitution am Aromaten

Vergleich von elektrophiler Addition und elektrophiler Substitution

Molekülstruktur und Farbigkeit

zwischenmolekulare Wechselwirkungen

Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Reaktionssteuerung und Produktausbeute

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Reaktionsschritte

Basiskonzept Energie

Spektrum und Lichtabsorption

Energiestufenmodell zur Lichtabsorption

Lambert-Beer-Gesetz

Umgang mit Fachwissen:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • beschreiben den Aufbau der Moleküle (u.a. Strukturisomerie) und die charakteristischen Eigenschaften von Vertretern der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester und ihre chemischen Reaktionen (u.a. Veresterung, Oxidationsreihe der Alkohole) (UF1, UF3),
  • erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stoffeigenschaften vorher (UF1),
  • erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen (u.a.Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken) (UF 3, UF4),
  • klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Eliminierungen und Kondensationen (UF3),
  • formulieren Reaktionsschritte einerelektrophilen Addition und einernucleophilen Substitution und erläutern diese (UF1),
  • verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4),
  • erklären Reaktionsabläufe unter dem Gesichtspunkt der Produktausbeute und Reaktionsführung (UF4),
  • erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterscheiden Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Polyester, Polyamide, Polycarbonate) (UF1, UF3),
  • beschreiben und erläutern die Reaktionsschritte einer radikalischen Polymerisation (UF1,UF 3),
  • erläutern die Eigenschaften von Polymerenaufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Kettenlänge, Vernetzungsgrad) und erklären ihre praktische Verwendung (UF3, UF4),
  • erläutern das Reaktionsverhalten von aromatischen Verbindungen (u.a. Benzol, Phenol) und erklären dies mit Reaktionsschritten der elektrophilen Erst- und Zweitsubstitution(UF1, UF2),
  • geben ein Reaktionsschema für die Synthese eines Azofarbstoffes an und erläutern die Azokupplung als elektrophile Zweitsubstitution (UF1, UF3),
  • erklären die Farbigkeit von vorgegebenen Stoffen (u.a. Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe) durch Lichtabsorption und erläutern den Zusammenhang zwischen Farbigkeit und Molekülstruktur mithilfedes Mesomeriemodells (mesomere Grenzstrukturen, Delokalisation von Elektronen, Donator-/Akzeptorgruppen) (UF1, E6).

Erkenntnisgewinnung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4),
  • vergleichen ausgewählte organische Verbindungen und entwickeln Hypothesen zu deren Reaktionsverhalten aus den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt) (E3),
  • untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaften, planen dafür zielgerichtete Experimente(u.a. zum thermischen Verhalten), führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5),
  • ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere, Duromere) (E5),
  • analysieren und vergleichen die Reaktionsschritte unterschiedlicher Reaktionstypen (u.a. elektrophile Addition und elektrophile Substitution) (E6),
  • machen eine Voraussage über den Ort der elektrophilen Zweitsubstitution am Aromaten und begründen diese mit dem Einfluss des Erstsubstituenten (E3, E6),
  • beschreiben die Struktur und Bindungsverhältnisse aromatischer Verbindungen mithilfemesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstellung (E6, E7),
  • erklären vergleichend die Struktur und deren Einfluss auf die Farbigkeit ausgewählter organischer Farbstoffe (u.a. Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe) (E6),
  • werten Absorptionsspektren fotometrischer Messungen aus und interpretieren die Ergebnisse (E5),
  • berechnen aus Messwerten zur Extinktion mithilfe des Lambert-Beer-Gesetzes die Konzentration von Farbstoffen in Lösungen (E5),
  • stellen Erkenntnisse der Strukturchemie in ihrer Bedeutung für die Weiterentwicklung der Chemie (u.a. Aromaten, Makromoleküle) dar (E7).

Kommunikation:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • verwenden geeignete graphische Darstellungenbei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3),
  • beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle den Verlauf ausgewählter chemischer Reaktionen in Teilschritten (K3),
  • erläutern Zusammenhänge zwischen Lichtabsorption und Farbigkeit fachsprachlich angemessen (K3),
  • präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukteunter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata (K3),
  • recherchieren zur Herstellung, Verwendung und Geschichte ausgewählter organischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3),
  • demonstrieren an ausgewählten Beispielen mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion „maßgeschneiderter“ Moleküle (K3),
  • beschreiben und diskutieren aktuelle Entwicklungen im Bereich organischer Werkstoffe und Farbstoffe unter vorgegebenen und selbstständig gewählten Fragestellungen (K4).

Bewertung:

Die Schülerinnen und Schüler…

  • erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3),
  • diskutieren und bewerten Wege zur Herstellung ausgewählter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. industrieller Zwischenprodukte aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B2, B3),
  • gewichten Analyseergebnisse (u.a. fotometrische Messung) vor demHintergrund umweltrelevanter Fragestellungen (B1, B2),
  • beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vorgegebenen Fragestellungen (B4),
  • bewerten die Grenzen chemischer Modellvorstellungen über die Struktur organischer Verbindungen und die Reaktionsschritte von Synthesen für die Vorhersage der Bildung von Reaktionsprodukten (B4).
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