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liefern, aber auch durch Unruhe auffielen. Die Sitzordnung wurde vor kurzem geändert, so dass es zu einer Durchmischung der Jungen und Mädchen, aber auch der leistungsstarken und leistungsschwachen Schüler kam. Zu bemerken ist, dass die Schüler aufgrund der schlechten Rahmenbedingungen in der Schule bisher sehr wenig selbst experimentiert haben. Ich schätze das Leistungsvermögen der Lerngruppe als überdurchschnittlich ein.

4. Bemerkungen zum Unterrichtszusammenhang

Die Unterrichtsstunde stellt den Übergang der Schülervorstellungen von den konstanten Atomzahlverhältnissen zu den multiplen Atomzahlverhältnissen dar. Die Atomtheorie nach Dalton ist bekannt. In den letzten Unterrichtsstunden wurde, ausgehend von Daltons Atomtheorie, die Masse von Atomen und damit die Atommasseneinheit u eingeführt. Auf dieser Grundlage ist ein einfache Beschreibung der Stoffmenge Mol eingeführt worden, indem der Begriff Mol mit dem Begriff Dutzend verglichen wurde. Außerdem wissen die Schüler, dass ein Mol eines Stoffes die Atommasse des Stoffes in Gramm ist. Darauf folgend ist das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse am Beispiel der Reaktion von Kupfer mit Schwefel zu Kupfersulfid eingeführt worden. Nachdem das konstante Massenverhältnis experimentell ermittelt wurde, ist die Frage des Atomzahlverhältnisses der Verbindung Kupfersulfid bearbeitet worden. Aus den zur Verfügung stehenden Daten ist die Verhältnisformel für Kupfersulfid (N Kupferatome : N Schwefelatome = 2 : 1)errechnet worden. Die Schüler erhielten zur Sicherung die Aufgabe, aus dem theoretischen Massenverhältnis von Magnesium und Sauerstoff die Verhältnisformel für Magnesiumoxid zu ermitteln.

Aus dem weiter zurückliegenden Unterricht ist den Schülern die Redoxreihe verschiedener Metalle und Wasserstoff bekannt, und sie können daraus Reaktionsschemata zu ablaufenden Redoxreaktionen aufstellen. Die Schülerinnen und Schüler kennen: - die Atomtheorie nach Dalton - konstante Atomzahlverhältnisse - Atomsymbole ausgewählter Elemente - Atommassennennungen aus dem Periodensystem - die Bestimmung von Atomzahlverhältnissen - Wasserstoff als Reduktionsmittel für Metalloxide

5. Überlegungen zur Didaktik

5.1 Legitimation

Diese Stunde bietet die Möglichkeit die konstanten Atomzahlverhältnisse, Atomsymbole, Verhältnisformeln und die Aufstellung einfacher Reaktionsgleichungen weiter zu sichern.[1] Dies ist in meinen Augen besonders wichtig, weil an dieser Stelle der Einstieg in die häufig verwirrende Formelschreibweise der Chemie erfolgt. Auch wird mit diesem Versuch der Einblick in die Arbeits- und Denkweisen der Chemie in besonderem Maße gegeben, und es werden dabei grundlegende Vorstellungen vom Aufbau der Stoffe vermittelt, wie es in den Rahmenrichtlinien gefordert ist.[2] Zur Anwendung in diesem Versuch kommt erneut das Thema Redoxreaktionen und bietet so neben den relativ neuen Rechenoperationen zur Ermittlung der Verhältnisformel, eine Wiederholungsphase. So wird diese Stunde auch der Forderung der empirischen Methode für den Chemieunterricht, wie in den Rahmenrichtlinien ausgewiesen gerecht.[2] Auch die Auswahl der Methode, dass in Gruppen selbstständig eine Möglichkeit zur Lösung des Problems gesucht wird, ist in den Rahmenrichtlinien

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explizit genannt. Des weiteren werden die Schüler in diesem Versuch angeregt, sich konkret mit einer Versuchsanordnung auseinander zu setzen. Da die Freude und das Interesse der Schüler am Chemieunterricht in besonderem Maße auf dem chemischen Experiment beruht, ist es mehr als legitim, ihnen in dieser Stunde die Planung eines solchen zu überlassen.[2][3] 5.2 Motivation

Den Schülern wird zu Beginn der Stunde je eine Probe von rotem und schwarzem Kupferoxid gezeigt. Nach meinen Überlegungen werden die Schüler zunächst nicht den möglichen Unterschied in dem Verhältnis zwischen Kupfer und Sauerstoff sehen. Nach kurzer Auseinandersetzung sollte dies aber von den Schülern, als Möglichkeit in Betracht gezogen werden. Die Schüler stellen also die Hypothese auf, dass das Atomzahlverhältnis bei den Stoffen unterschiedlich ist. Bei der anschließenden Vorbereitung zur Überprüfung sind die Schüler intrinsisch motiviert, da sie selbst die Vermutung aufgestellt haben. Weitere Motivation kann dadurch erzielt werden, dass die Schüler in Gruppen die Aufgabe erhalten, einen Versuchs zu entwickeln. Es muss den Schülern bekannt sein, dass nur ein Versuch durchgeführt wird, nämlich derjenige der unser Ziel verfolgt. Wünschenswert wäre, wenn es dabei zu einem Konkurrenzdenken, also extrinsischer Motivation, zwischen den Gruppen käme.[4] 5.3 Sachanalyse

Wasserstoff ist aufgrund seines unedleren Charakters befähigt, Kupferoxid zu reduzieren. Als Produkte entstehen Wasserstoffoxid (Wasser) und Kupfer. Schwarzes Kupferoxid (Kupfer(II)-oxid) hat die Verhältnisformel N Kupfer : N Sauerstoff = 1:1. Rotes Kupferoxid (Kupfer(I)-oxid) hat die Verhältnisformel N Kupfer : N Sauerstoff = 2:1. Kupferoxidpulver wird in einem vorher ausgeglühten Porzellanschiffchen im Reaktionsrohr im Wasserstofffluss unter Wärmezuführung zur Reaktion gebracht. Das Porzellanschiffchen wird ohne Kupferoxid gewogen (m 1 ), dann wird es mit Kupferoxid gewogen (m 2 ). Nach der Reaktion wird das Porzellanschiffchen mit dem entstandenen Kupfer gewogen (m 3 ). Es lässt sich so die Masse an in den Kupferoxiden enthaltenem Sauerstoff ermitteln (m 4 ). Durch Division der Masse von Kupfer durch die Masse von Sauerstoff erhält man das Massenverhältnis der Kupferoxide. Über einen Dreisatzberechnung erhält man das Atomzahlverhältnis. Bei der Reaktion handelt es sich um eine exotherme Reaktion, die aufgrund des geringen Unterschieds von Oxidations- und Reduktionsmittel in der Spannungsreihe eine hohe Aktivierungsenergie benötigt und der damit ständig Wärme zugeführt werden muss. 5.4 Transformation

Im Mittelpunkt der Stunde steht das Problem, worin sich rotes und schwarzes Kupferoxid auf atomarer Ebene unterscheiden und wie man diesen Unterschied experimentell ermitteln kann.

Durch die Demonstration der beiden Kupferoxide stellt sich für die Schüler die Frage, wie es sein kann, dass reines Kupferoxid in zwei verschiedenen Farben vorliegt. Da beide Stoffe als Kupferoxid benannt werden, und die Schüler dies glauben, müssen sie mögliche Erklärungen finden. Die Möglichkeit, dass die Stoffe aus anderen Atomen als Kupfer und Sauerstoff bestehen, scheidet aus, auch wenn es denkbar wäre, dass einige Schüler der Klasse dies in Erwägung ziehen (s. Bemerkungen zur Lerngruppe: Fantasie…). Dass es sich um Gemische verschiedener Stoffe handelt, scheidet aus dem selben Grund aus, weil es sich um Reinstoffe handelt. Sollten die Schüler diese Hypothese aufstellen, wird ein Auszug aus der Reinheitsanalyse des Herstellers auf Folie gezeigt, mit dem die „Gemischhypothese“ ausgeräumt wird (s. Anhang). Der Unterschied muss also in dem Stoff selbst gesucht werden. Die „Modifikationshypothese“, dass beide Stoffe in unterschiedlichen Modifikationen vorliegen, wäre als Schülervorstellung denkbar, aber sehr unwahrscheinlich, weil dieses Thema im Unterricht noch nie angesprochen wurde. In Anbetracht der Inhalte der letzten Stunden wissen die Schüler, dass Stoffe in bestimmten

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Atomzahlverhältnissen vorliegen. Es wäre durchaus denkbar, dass hier bei einigen Schülern der Denkansatz beginnt. Schwierig ist zugegebenermaßen das Verständnis, dass es zwei Kupferoxide gibt. In den Augen der Schüler, ist Kupferoxid ein Stoff. Dass Kupferoxid in zwei verschiedenen Atomzahlverhältnissen vorliegen kann, und es sich damit um zwei verschiedene Stoffe handelt, ist aus folgenden Gründen leistbar: 1. In den letzten Stunden wurde thematisiert, dass Kupfersulfid im Verhältnis 2:1 vorliegt. Die Schüler haben zunächst die Hypothese aufgestellt, dass es im Verhältnis 1:1 vorliegt, die dann falsifiziert wurde. Sie haben also zumindest theoretisch schon einmal beide Möglichkeiten nebeneinander gesehen, auch wenn sich eine der Möglichkeiten als falsch herausgestellt hat. 2. Dr. Sturm hat vor längerer Zeit mit der Klasse Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonooxid im Kugelteilchenmodells dargestellt. In meinen Augen ist für die Schüler die einzige Erklärungsmöglichkeit für den Unterschied, dass Kupferoxid, das aus Kupfer- und Sauerstoffatomen besteht, aber unterschiedliche Farben aufweist, sich nur in den Atomzahlverhältnissen unterscheiden kann. Auch ist das Abstraktionsniveau der Klasse in meinen Augen groß genug, um diese Möglichkeit in Betracht zu ziehen. Zunächst stellt sich die Frage, ob das ausgewählte Experiment die Schüler nicht überfordert. Ich habe im März mit den Schülern experimentell die Redoxreihe einiger Metalle ermittelt. Durch die Reaktion von brennendem Magnesiumband mit Wasser wurde festgestellt, dass Wasser als Reduktionsmittel für unedle Metalle verwendet werden kann. Wir sprachen in diesem Zusammenhang von Wasserstoffoxid. Die Schüler erhielten die Information, dass der Wasserstoff in der Redoxreihe zwischen Kupfer und Eisen steht. Da den Schülern dieser Zusammenhang bekannt ist, sollte es möglich sein, dass sie eigenständig darauf kommen, dass Kupferoxid mit Wasserstoff reduziert werden kann. Die Schwierigkeit liegt an dieser Stelle in der Auswahl des Wasserstoffs als Reduktionsmittel. Vermutlich werden von den Schülern Vorschläge zur Reduktion von Kupferoxid mit anderen Metallen wie Magnesium oder Aluminium gemacht. Wenn dies der Fall sein sollte, muss thematisiert werden, ob das Ziel unseres Versuchs durch die Reduktion von Kupferoxid mit Edukten, die feste Produkte bilden, erreicht werden kann. Die Schüler sollen erkennen, dass dies nicht möglich ist, weil ein Gemisch aus Kupfer und Metalloxid hergestellt wird, dass mit einfachen Mitteln nicht zulässt, herauszufinden, wie groß die Masse an reduziertem Kupfer ist. Es bleibt nur der Wasserstoff als Reduktionsmittel, der Wasser als Produkt bildet, das verdampft werden kann oder schon als gasförmiger Stoff entwichen ist. Die Schüler wissen, dass alle Redoxreaktionen, die im Unterricht durchgeführt wurden, erhebliche Mengen Wärme abgeben und dass das Wasser deshalb verdampfen muss. Dies scheint mir die größte Schwierigkeit in dieser Stunde zu sein, da es sich hier erstmals um eine Analyse und Synthese in einer Reaktion zur Ermittlung des Atomzahlverhältnis handelt. Eine andere experimentelle Möglichkeit herauszufinden, was der Unterschied beider Kupferoxide ist, steht dem Kenntnisstand der Schüler entsprechend, nicht zur Verfügung.

Das Vorgehen zur Ermittlung des Atomzahlverhältnisses beider Kupferoxide kann den Schülern eigentlich keine Schwierigkeiten machen, weil dies im vorausgegangenen Unterricht am Beispiel des Kupfersulfids ausführlich experimentell und theoretisch am Beispiel des Magnesiumoxids ermittelt wurde. Die notwendigen Rechenoperationen werden vereinfacht, indem Kupfer nicht die Atommasse 63,5 u, sondern durch Runden 64 u erhält. Damit lässt sich die Atommasse von Sauerstoff (16 u) ganzzahlig durch die des Kupfers teilen. Auf dem Arbeitsblatt ist eine Beispielrechnung durchzuführen. Um die Rechenoperationen einfach zu halten wird 0,8 g Kupferoxid eingesetzt, weil die Molekülmasse von Kupfer(II)-oxid 80 u ist und 16 durch 80 teilbar ist. Bei der Ermittlung des Atomzahlverhältnisses von Kupfersulfid ist auf den Dreisatz verzichtet worden und es wurde mit einem Doppelbruch gearbeitet.