Im Rahmen eines modernen und spannenden Chemieunterrichts sind Experimente unverzichtbarer Bestandteil. Aufgrund von immer strengeren Gesetzen wird die Durchführung von so manchem Standard-Versuch erschwert bis unmöglich gemacht. Anbei ist eine Vielzahl von Versuchen für die Sekundarstufe 1 aufgeführt, welche so, zumindest in NRW, durchgeführt werden können.
Inhaltsverzeichnis
Metalle, bzw. Metallpulver in Brennerflamme
Beobachtung
Fachliche Auswertung
Didaktische Auswertung
Reduktion von Kupferoxid
Durchführung
Beobachtung
Fachliche Auswertung
Didaktische Auswertung
Verbrennungen in CO2
Durchführung
Beobachtung
Fachliche Auswertung
Didaktische Auswertung.
Abscheidungsversuche
Durchführung.
Beobachtung.
Fachliche Auswertung.
Daniell-Element
Durchführung.
Beobachtung.
Galvanische Zellen
Durchführung.
Beobachtung.
Fachliche Auswertung zum Daniell-Element und den Galvanischen Zellen.
Didaktische Auswertung zu den Abscheidungsversuchen, dem Daniell-Element und den galvanischen Zellen.
Spezielle Frage 1.
Spezielle Frage 2.
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, durch verschiedene chemische Experimente grundlegende Konzepte der Elektrochemie, insbesondere die Prozesse der Oxidation, Reduktion und Redoxreaktionen, anschaulich zu demonstrieren und didaktisch aufzubereiten.
- Untersuchung des Reaktionsverhaltens verschiedener Metalle in Brennerflammen.
- Demonstration von Reduktionsvorgängen bei Metalloxiden unter Verwendung verschiedener Reduktionsmittel.
- Analyse von Verbrennungsvorgängen in einer CO2-Atmosphäre zur Unterscheidung edler und unedler Metalle.
- Experimentelle Erarbeitung der Grundlagen galvanischer Zellen und des Daniell-Elements.
- Didaktische Reflexion über den Einsatz dieser Versuche im Chemieunterricht der Sekundarstufen.
Auszug aus dem Buch
Elektronenaustausch als Redoxreaktion
Zunächst wird in der Schule der Begriff Oxidation als eine Reaktion bezeichnet, bei der sich ein Stoff mit Sauerstoff verbindet. So reagieren zum Beispiel zwei Magnesiumatome mit einem Sauerstoffmolekül zu zwei Magnesiumoxidmoleküle. Eine Reduktion wird dementsprechend als eine Reaktion eingeführt, bei welcher ein sauerstoffhaltiger Stoff diesen Sauerstoff abgibt. So reagieren zum Beispiel zwei Kupferoxidmoleküle zu zwei Kupferatome und elementaren Sauerstoff. Eine Reaktion, bei der Sauerstoff von einem Partner auf den anderen übertragen wird, nennt man Redoxreaktion.
Dieses Erklärungsmodell funktioniert allerdings nur solange, wie wir ausschließlich Reaktionen betrachten, bei dem auch Sauerstoff beteiligt ist. Um das Donator-Akzeptor-Prinzip von Elektronen einzuführen, bietet es sich an, bekannte Reaktionen in ihrer Ionenschreibweise darzustellen.
Bei der oben bereits angeführten Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff werden Magnesium-Ionen Mg2+ und Sauerstoff-Ionen O2- gebildet. Jedes Magnesiumatom gibt also 2 Elektronen ab und jedes Sauerstoffatom nimmt 2 Elektronen auf. Auf dieser Grundlage lassen sich nun die Begriffe der Oxidation und Reduktion neu definieren. Unter Oxidation versteht man eine Elektronenabgabe. Eine Reduktion ist eine Elektronenaufnahme. Und eine Redoxreaktion ist eine Reaktion, bei der eine Elektronenübertragung stattfindet.
Zusammenfassung der Kapitel
Metalle, bzw. Metallpulver in Brennerflamme: Untersuchung des Verbrennungsverhaltens verschiedener Metalle und Metallpulver zur Einführung der Oxidation.
Reduktion von Kupferoxid: Experimentelle Darstellung der Reduktion von Kupferoxid mittels verschiedener Reduktionsmittel und Verknüpfung mit technischen Prozessen wie dem Hochofen.
Verbrennungen in CO2: Demonstration der unterschiedlichen Reaktivität von Metallen in Kohlendioxidatmosphäre zur Verdeutlichung der Reduktionsvermögen.
Abscheidungsversuche: Durchführung von Versuchsreihen mit Metallsalzlösungen zur Ableitung einer Redoxreihe basierend auf Abscheidungsphänomenen.
Daniell-Element: Experimenteller Aufbau einer elektrochemischen Zelle zur räumlich getrennten Beobachtung von Redoxhalbreaktionen.
Galvanische Zellen: Vertiefende Versuche zur Spannungsmessung in galvanischen Zellen und Erläuterung der zugrundeliegenden elektrochemischen Prinzipien.
Schlüsselwörter
Oxidation, Reduktion, Redoxreaktion, Elektronenaustausch, Elektrochemie, Daniell-Element, Galvanische Zelle, Metallgewinnung, Reduktionsmittel, Oxidationsmittel, Spannungsreihe, Ionen, Kupferoxid, Magnesium, Elektronen-Donator
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen Untersuchung und theoretischen Fundierung grundlegender elektrochemischer Reaktionen im Rahmen des Chemieunterrichts.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Definition von Oxidation, Reduktion und Redoxreaktionen, das Donator-Akzeptor-Prinzip sowie die Funktionsweise galvanischer Zellen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist die anschauliche Demonstration chemischer Grundlagen durch Schülerexperimente und deren didaktische Einordnung für den Unterricht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden empirische chemische Versuchsreihen durchgeführt, beobachtet und anschließend fachwissenschaftlich sowie didaktisch ausgewertet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst Versuche zur Metallverbrennung, Reduktionsprozesse bei Metalloxiden, Untersuchungen in CO2, Abscheidungsversuche sowie den Aufbau und Betrieb von Daniell-Elementen und galvanischen Zellen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Oxidation, Reduktion, Redoxreaktion, Elektrochemie und Elektronenaustausch charakterisiert.
Warum wird im Experiment Kupferoxid gegenüber anderen Metalloxiden bevorzugt?
Kupferoxid eignet sich besonders gut, da die charakteristische Farbänderung von Schwarz zu Rot während der Reduktion den Vorgang für Lernende optisch nachvollziehbar macht.
Warum ist das Arbeiten mit Magnesium im Unterricht kritisch zu betrachten?
Aufgrund der enormen Helligkeit bei der Verbrennung von Magnesium besteht die Gefahr einer Augenschädigung für die Schüler, weshalb besondere Sicherheitsvorkehrungen notwendig sind.
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- Christoph Höveler (Autor), 2015, Schulorientiertes Experimentieren im Chemieunterricht mit Redoxreaktionen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/324097
