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Gliederung C12 LK

Lehrplan C12 LK (1991)

Jahrgangsstufe 12  Leistungskurs -  Gliederung

Lehrplan (1991)

Anmerkung: durchgestrichene Themen sind nicht Abiturprüfungsstoff

1106                                      KWMBI I So.-Nr. 6/1991

Leistungskurs

Jahrgangsstufe 12                                           (6)

1 Chemische Analytik*                               (ca. 46 Std.)

Aufgabenfeld der analytischen Chemie

MT, GE, U, BO)

Begriffsklärung; Aufzeigen einiger Einsatzbereiche; Hinweis auf die Leistungsfähigkeit moderner Spurenanalytik

chromatographische Trennverfahren (Pr)

Demonstration von Adsorption und Verteilung; ggf.  Computersimulation zur Veranschaulichung

- Grundlagen

- Dünnschicht- oder Papierchromatographie

Durchführen der Trennung und Auswerten (Rf-Wert) eines einfachen Chromatogramms; Hinweis auf die Identifizierung von Substanzen durch Co-Chromatographie

- Gaschromatographie

Auswerten eines einfachen Chromatogramms; ggf. Demonstrationsversuch; Hinweis auf die Bedeutung, z.B. in der Umweltanalytik und Kriminaltechnik

(ca. 7 Std.)

maßanalytische Verfahren

Durchführung und Auswertung von Titrationen (Pr)

Aufgreifen und Wiederholen von Grundlagen

- Säure-Base-Titration

Aufzeigen des Einflusses von Indikatoren auf den Endpunkt; experimentelle Ermittlung der Titrationskurve einer starken und der einer schwachen einprotonigen Säure; ggf.  Computereinsatz

(ca. 6 Std.)

- Konduktometrie  

Demonstration der elektrischen Leitfähigkeit verschiedener Elektrolytlösungen; Aufzeigen der Abhängigkeit von Ionenart und Konzentration; keine Titration von Säuregemischen; Hinweis auf die Bedeutung als automatisches Verfahren, z.B. bei Schadstoffbestimmungen(->U)

(ca. 4 Std.)

- Redoxtitration: Manganometrie   

Reaktionen in saurer Lösung; Vorstellen des Prinzips der Rücktitration; Hinweis auf Anwendungen, z.B. in der Wasseranalytik (- U)

(ca. 4 Std.)

spektroskopische Verfahren 

Bewusst machen der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie (- Ph12);

- Photometrie (Pr):

Vorstellen des Funktionsprinzips des Photometers;

Grundlagen

Transmission, Extinktion, Lambert-Beersches Gesetz;

Durchführung und Auswertung von Messungen

Gehaltsbestimmungen, evtl. unter Verwendung von Eichkurven; ggf.  Aufnahme des Absorptionsspektrums einer Farbstofflösung (vgl.  C13.4); Hinweis auf die Bedeutung des Verfahrens, z.B. medizinische Diagnostik, Materialprüfung, Wasseranalytik

(ca. 7 Std.)

- moderne spektroskopische Methoden: Atomabsorptions- oder Emissionsspektroskopie

Aufzeigen der Grundlagen (vgl.  C9.5 und Cll.l); ggf. experimentelle Demonstration; Hinweis auf die Anwendung in der Spurenanalyse von Schwermetallen; Ansprechen der Bedeutung von NMR- oder IR-Spektroskopie an Beispielen, auch im weiteren Unterricht (vgl.  C12.4)

(ca. 4 Std.)

Verfahrensschritte zur Bestimmung der Summenformel organischer Verbindungen (-> W) (Pr)

Herausstellen der Leistungen bedeutender Chemiker

- Isolierung eines Reinstoffs

Aufgreifen von Grundwissen zu wichtigen Trenn- und Reinigungsschritten; Durchführen z.B. einer Extraktion, Destillation

- qualitative Elementaranalyse                        

Durchführen einfacher Nachweisreaktionen für ausgewählte Elemente in einer organischen Verbindung

(ca. 5 Std.)

- quantitative Elementaranalyse: Prinzip der Verbrennungsanalyse

Ermitteln des Kohlenstoffgehalts einer Kohlenwasserstoffverbindung, z.B. nach dem Schöniger-Verfahren; Berechnen der empirischen Formel

(ca. 4 Std.)

- Bestimmung der molaren Masse einer leichtflüchtigen Verbindung:

Messung der Luftverdrängung

Durchführen eines geeigneten Verfahrens; Auswerten der Ergebnisse unter Verwendung der allgemeinen Gasgleichung;

Ermittlung der Summenformel aus empirischer Formel und Molekülmasse

Bewusst machen der Unterschiede zwischen der historischen und der instrumentellen Analytik, z.B. Einsatz des Massenspektrometers (- MT)

(ca. 5 Std.)

2 Kernchemie                                            (ca. 40 Std.)

Radioaktivität

Aufgreifen und Wiederholen von Grundkenntnissen (- Ph); Darstellen wichtiger Etappen der Entdeckungsgeschichte (- W, MT);

- Strahlung radioaktiver Stoffe:

Formulieren der Vorgänge im Kern durch Kerngleichungen;

Trennung und Identifizierung von a-, b- und g-Strahlung

Interpretation des Verhaltens im elektrischen Feld, wichtige Eigenschaften;

Nachweis durch Ionisation

Demonstration des Nachweises der Strahlung radioaktiver Stoffe; Übersicht über das Funktionsprinzip des Geiger-Müller-Zählrohres, der Nebelkammer und der Kernspurplatte

(ca. 6 Std.)

- Zerfallsgesetz: Aktivität (Bq), Halbwertzeit

ggf.  Demonstration des zeitlichen Verlaufs einer Zerfallsreaktion; Ableiten des Zerfallsgesetzes ausgehend von Messdaten; Bewusst machen der statistischen Natur des radioaktiven Zerfalls, ggf. mit Computersimulation

Anwendung zur Altersbestimmung                     

Vorstellen der C-14-Methode; Hinweis auf ihre Bedeutung und Grenzen (- G); einfache Rechenbeispiele für die Anwendung dieser Methode (- Ph13)

(ca. 5 Std.)

- biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz (- B12; - GE, U, W):                                     

Unterschied Energiedosis (Gy) - Äquivalentdosis (Sv)

Strahlenbelastung

Gegenüberstellen der natürlich und der zivilisatorisch bedingten Strahlenbelastung; Unterscheiden zwischen stochastischen und nicht-stochastischen Strahlenschäden; Ansprechen der Grenzwertproblematik und der Überwachung; 

Ansprechen der Grenzwertproblematik und der Überwachung; Bewusst machen, dass zur Klärung bestimmter Fragestellungen nur bestimmte Messverfahren geeignet sind

(ca. 4 Std.)

natürliche und künstliche Elementumwandlungen

- natürliche Zerfallsreihen                           

exemplarische Besprechung einer Zerfallsreihe unter Mitverwendung der Nuklidkarte; Ableiten und Anwenden der Verschiebungssätze

(ca. 3 Std.)

- künstliche Elementumwandlungen und zusätzliche Zerfallsarten: Einfang- und Austauschreaktionen             -  Hinweis auf historische Versuche mit a-Teilchen und die Entdeckung von Neutron und Positron; Hinweis auf die Bedeutung von Teilchenbeschleunigern (- Ph13)

-  Nutzung künstlicher Radioisotope                    

Berichten über den Einsatz in Medizin, Forschung und Technik (- B; - GE, MT), z.B. Diagnostik, Therapie, Isotopenmarkierung (vgl.  C13.3), Materialprüfung

(ca. 6 Std.)

Grundlagen der Kernenergietechnik                        

(->Ph10 und Ph13)

- Massendefekt und Kernbindungsenergie: Äquivalenz von Masse und Energie

Bewusst machen des Phänomens; Berechnungen; Begründen der Möglichkeit des Energiegewinns durch Spaltung bzw. Fusion aus der Kernbindungsenergiekurve

(ca. 4 Std.)

- Energiegewinnung durch Kernspaltung (- MT, U, GE): Kettenreaktion

Hinweis auf die Entdeckung der Kernspaltung;

Ansprechen wesentlicher Voraussetzungen für den Eintritt einer Kettenreaktion; Erläutern des Prinzips der Steuerung;

Spaltungsreaktor    

Erklären des Funktionsprinzips am Beispiel eines modernen Reaktortyps;

Brennstoffkreislauf 

Überblick über wichtige Etappen: Anreicherung, Wiederaufarbeitung und Endlagerung sowie ihre Problematik; Diskussion aktueller technischer, ökologischer und politischer Aspekte der Nutzung der Kernspaltung (- Sk, @, K13, Ev13, Eth12; - P, FR, EU)

(ca. 9 Std.)

- Energiegewinnung durch Kernfusion (->MT,W)  

Herausstellen des Plasmazustands als Voraussetzung für die Fusion leichter Atomkerne; Formulieren der Schritte der D-T-Fusion; Ausblick auf Möglichkeiten der technischen Nutzung            

(ca. 3 Std.)

3 Struktur, Reaktivität und Bedeutung von Kohlenwasserstoffen                            (ca. 40 Std.)

Begriff „organische Chemie"

Aufzeigen der historischen und modernen Abgrenzung zur anorganischen Chemie (-W); experimentelle Demonstration von Kennzeichen organischer Verbindungen

gesättigte aliphatische und zyklische Kohlenwasserstoffe

Vorstellen ausgewählter Verbindungen und ihrer Bedeutung, z.B. als Flüssiggas, Kraftstoff;

- Reaktionsverhalten: Brennbarkeit, Halogenierung

Auswerten von Demonstrationsversuchen; Erläutern des Mechanismus der radikalischen Substitution; Radikalstabilität und Konkurrenzreaktionen bei höheren Alkanen

(ca. 5 Std.)

- Molekülstruktur: Molekülgeometrie, Einfachbindung, Konstitutionsisomerie

Anwenden des Tetraedermodells auf Alkane und Cycloalkane (vgl. C10.2); Beschreiben der Einfachbindung durch das Orbitalmodell (- Ph; - W): Grundzustand, Sp3-Hybridisierung; Nomenklaturregeln; Unterschied Konstitution - Konformation

(ca. 4 Std.)

- homologe Reihe (Pr)

Untersuchen und Erklären physikalischer Eigenschaften: Löslichkeit, Siedepunkt; zwischenmolekulare Kräfte

(ca. 3 Std.)

ungesättigte Kohlenwasserstoffe

Vorstellen ausgewählter Verbindungen und ihrer Bedeutung, z.B. als Ausgangsstoffe für die Synthese von Kunststoffen (vgl.  C13.4)

Reaktionsverhalten (Pr): Brennbarkeit, Baeyer-Reaktion, Halogenaddition

Vergleichen mit dem Verhalten von Alkanen; Erläutern des Mechanismus der elektrophilen Addition von Wasserstoffhalogenid und Halogen an Alkene; Erklären der Regel von Markownikow; Hinweis auf Methoden zur Aufklärung des ionischen Mechanismus

(ca. 6 Std.)

Molekülstruktur: Mehrfachbindung, Molekülgeometrie

Beschreiben durch das Orbitalmodell: sp2- bzw. sp-Hybridisierung, s-p-Modell; Erklären der Ursachen und Folgen der cis-trans-Isornerie

(ca. 4 Std.)

aromatische Verbindungen

Hinweis auf die Bedeutung, z.B. für die Synthese von Kunststoffen, Farbstoffen, Waschmitteln, Arzneimitteln (vgl.  C13.4)

- Benzol: Reaktionsverhalten - aromatischer Charakter

Klären des Widerspruchs zwischen erwartetem ("Cyclohexatrien") und beobachtetem Reaktionsverhalten (- W);

Molekülstruktur - Mesomerie, Grenzstrukturformel, Mesomerieenergie

Beschreiben des aromatischen Zustands mit Hilfe des Orbitalmodells; Aufzeigen der Molekülgeometrie; Erläutern des Mechanismus der elektrophilen Substitution: Halogenierung, Nitrierung

- Toluol

Erarbeiten der Konkurrenzreaktion bei der Halogenierung von Alkylbenzolen: Radikal bzw.  Ionenmechanismus in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen

(ca. 6 Std.)

- andere aromatische Verbindungen

Hinweis auf kondensierte Systeme und NHeterocyclen (- B12); Bewußtmachen der cancerogenen Wirkung bestimmter Aromaten (- GE, U, MT)

(ca. 2 Std.)

Halogenkohlenwasserstoffe: technische Bedeutung und ökologische Problematik (- B12; -U, GE)

exemplarisches Eingehen auf Eigenschaften und Verwendungsbereiche; Bewusst machen der Anreicherung von Pestiziden in der Nahrungskette; Aufzeigen der globalen Dimension der Umweltbelastung, z.B. durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe, und der Notwendigkeit internationaler Vereinbarungen (- P)

(ca. 4 Std.)

Petro- und Kohlechemie

Hinweis auf die aktuelle Energie- und Rohstoffsituation (- Ekl2, WU, Sk; - EU, DW)

- Erdöl, Erdgas und Kohle als Energieträger und Rohstoffe (- MT)

Beschreiben wichtiger Verfahren: Erdöldestillation, Entschwefelung, Cracken, Reformieren; Hydrieren, Verkoken und Vergasen von Kohle

- ökologische Konsequenzen der Nutzung fossiler Brennstoffe (- U, MT, GE)

Hinweis auf "Kohlendioxidproblem" und "Treibhauseffekt" (- Ek); Ausblick auf andere Möglichkeiten der Energiegewinnung

(ca. 6 Std.)

4 Der Einfluss funktioneller Gruppen                                                        (ca. 42 Std.)

Alkohole                                             

Vorstellen wichtiger Vertreter: Methanol,

Ethanol, Glykol, Glycerin; Aufzeigen einer technisch bedeutsamen Synthese (- MT); Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe; Erkennen der Einteilung und Anwenden der Nomenklatur

- physikalische Eigenschaften (Pr): Löslichkeit, Siedepunkt

Bewusst machen der Abhängigkeit von der Molekülgröße und der Zahl der Hydroxylgruppen; Vergleichen mit Kohlenwasserstoffen entsprechender Molekülmasse; Hinweis auf die Verwendung von Alkoholen als Lösungs- und Frostschutzmittel

(ca. 4 Std.)

- Reaktionsverhalten (Pr): Alkoholatbildung

Vergleichen der Reaktionen von Wasser bzw. Alkohol mit Natrium;

Protonierung der Hydroxylgruppe  

Bildung von Ether und Alken in Konkurrenzreaktionen;

Oxidierbarkeit  

Verhalten primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole gegenüber angesäuerter Dichromatlösung; Aufstellen der Redoxgleichungen

(ca. 6 Std.)

- Strukturaufklärung  

Vergleichen des Reaktionsverhaltens von Alkohol bzw. Ether mit Natrium; Hinweis auf Methoden der instrumentellen Analytik: IR- und Kernresonanzspektroskopie (- MT)

(ca. 3 Std.)

Phenole   

Vorstellen der Stoffklasse; Aufzeigen von Verwendungsmöglichkeiten, z.B. zur Herstellung von Kunst- und Farbstoffen (vgl.     C13.4);

- Phenol als Säure 

Acidität der Hydroxylgruppe (pKs- Wert); Vergleichen von Phenol und Alkohol sowie von Phenolat- und Alkoholat-Ion; Erklären des Unterschieds mit der Mesomeriestabilisierung

- Phenol als Aromat: Nitrierung, Halogenierung  

Vergleichen mit dem Reaktionsverhalten von         Benzol; Erklären des Einflusses der Hydroxylgruppe auf Geschwindigkeit und Orientierung der Zweitsubstitution; Unterscheiden von induktiven und mesomeren Effekten  

(ca. 6 Std.)

Amine

Begriffsklärung; Hinweis auf Anilinfarben      (vgl. C13.4); Ansprechen der cancerogenen Wirkung von Nitrosaminen (- GE); ggf. Aufzeigen der Bedeutung biogener Amine, z.B. als Neurotransmitter (- B13)

- Anilin als Base  

Vergleichen mit Ammoniak und Methylamin

- Zweitsubstitution beim Anilin    

Vergleichen mit Phenol; Anwenden der Vorkenntnisse (vgl. auch C13.4)

(ca. 4 Std.)

Aldehyde und Ketone                                   

Vorstellen wichtiger Vertreter; Carbonylgruppe als funktionelle Gruppe; Nomenklatur; Aufzeigen einiger Verwendungsmöglichkeiten, z.B. als Desinfektionsmittel, zur Kunststoffherstellung; Bewusst machen der Problematik des Formaldehydeinsatzes (- GE);

- Aldehyde als Reduktionsmittel (Pr): Silberspiegelprobe, Fehlingprobe

experimentelle Untersuchung des Verhaltens von Aldehyden und Ketonen; Formulieren der Redoxgleichungen ohne Berücksichtigung der Komplexbildung

(ca. 5 Std.)

- Additionsreaktionen: Reaktionsprinzip  experimentelle Demonstration einer Addition; Formulieren der Schritte der nucleophilen Addition; Beispiele: Addition von Wasser, Alkohol und Ammoniak

- C-H-Acidität: Keto-Enol-Tautomerie

Erklären der Aktivierung von C-H-Bindungen durch den Einfluss der benachbarten Aldoladdition Carbonylgruppe

(ca. 4 Std.)

Carbonsäuren (Pr)                                     

Vorstellen wichtiger Vertreter (- B); Carboxylgruppe als funktionelle Gruppe; Nomenklatur; Herstellung und Bedeutung von Essigsäure;

- Acidität der Carboxylgruppe: Einfluss von Substituenten; Mesomeriestabilisierung des Carboxylat-Ions; Vergleichen der pKs-Werte; Erklären der Unterschiede mit dem Einfluss induktiver Effekte; experimentelle Ermittlung des pKs-Werts durch Halbtitration; Salzbildung

(ca. 6 Std.)

- Esterbildung und Esterhydrolyse: Säurekatalyse, Gleichgewichtsreaktion  Erarbeitung ausgehend von Experimenten; Formulieren des Reaktionsmechanismus; Aufzeigen von Möglichkeiten zur Erhöhung

der Ausbeute (vgl.  Cl 1.2); keine Berechnungen mit Hilfe des Massenwirkungsgesetzes;

Bedeutung von Estern

Beispiele für Lösungsmittel, Aromastoffe und Kunststoffe (Polyester, vgl.  C13.4)

(ca. 4 Std.)