Unterrichtsplan | Technische Methodologie | Elektrochemie: Elektrolyse

Ziele

Dauer: 10 bis 15 Minuten

Ziel dieses Schrittes im Unterrichtsplan ist es, den Schülern ein klares und fundiertes Verständnis des Konzepts der Elektrolyse, ihrer verschiedenen Formen und ihrer praktischen Anwendungen zu vermitteln. Die Entwicklung dieser Fähigkeiten ist entscheidend, um den theoretischen Inhalt mit der Praxis des Marktes zu verbinden und die Schüler darauf vorzubereiten, reale Probleme zu lösen und die Bedeutung der Elektrolyse in industriellen und energetischen Kontexten zu verstehen.

Hauptziele

1. Verstehen, was Elektrolyse ist und welche Anwendungen sie hat.

2. Probleme im Zusammenhang mit der Schmelzelektrolyse und der wässrigen Elektrolyse lösen, mit besonderem Fokus auf die Elektrolyse von Wasser.

Nebenziele

1. Die Bedeutung der Elektrolyse in industriellen Prozessen und bei der Energieproduktion erkennen.

Einführung

Dauer: 20 bis 25 Minuten

Ziel dieses Schrittes im Unterrichtsplan ist es, den Schülern eine fesselnde und kontextualisierte Einführung in das Thema der Elektrolyse zu bieten. Durch die Kontextualisierung mit realen Beispielen, Neugierigkeiten und einer interaktiven Einstiegsaktivität werden die Schüler motiviert, sich intensiver mit dem Thema auseinanderzusetzen und dessen praktische und industrielle Relevanz zu verstehen.

Kontextualisierung

Die Elektrolyse ist ein grundlegender Prozess in der Chemie, der elektrische Energie in chemische Energie umwandelt. Dieses Verfahren wird in verschiedenen Industrien weit verbreitet, von der Metallproduktion bis zur Wasseraufbereitung. Das Verständnis der Elektrolyse ist entscheidend, um zu erkennen, wie Wissenschaft angewendet werden kann, um praktische Probleme des Alltags zu lösen, wie die Erzeugung von Wasserstoff zur Nutzung als sauberen Brennstoff.

Neugier und Marktverbindung

 Neugierigkeiten: Die Elektrolyse wurde 1800 von William Nicholson und Anthony Carlisle entdeckt. Der Prozess wird zur Aluminiumproduktion verwendet, einem Metall, das in der Flugzeug- und Verpackungsherstellung weit verbreitet ist.

 Marktanbindung: In der Galvanikindustrie wird die Elektrolyse verwendet, um Objekte mit Metallen wie Gold, Silber und Chrom zu beschichten, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und das Erscheinungsbild verbessert werden. Energieunternehmen erforschen die Elektrolyse von Wasser zur Wasserstoffproduktion, der als sauberer Brennstoff genutzt werden kann.

Anfangsaktivität

 Einstiegsaktivität: Kurzes Video: Zeigen Sie ein 3-minütiges Video, das die Elektrolyse in Aktion zeigt, z. B. die Wasserstoffproduktion aus Wasser. Provokante Frage: Fragen Sie die Schüler: 'Wie denken Sie, könnte die Elektrolyse die Zukunft sauberer Brennstoffe beeinflussen?' Kurze Diskussion: Führen Sie eine kurze Diskussion, um die Meinungen und Ideen der Schüler zu hören.

Entwicklung

Dauer: 45 bis 50 Minuten

Ziel dieses Schrittes im Unterrichtsplan ist es, das Wissen der Schüler über die Elektrolyse zu vertiefen, indem das Verständnis der theoretischen Konzepte durch praktische und reflektierende Aktivitäten erleichtert wird. Die Mini-Herausforderung und die Festigungsübungen fördern die Anwendung des erworbenen Wissens und entwickeln die notwendigen Fähigkeiten zur Lösung realer Probleme und zur Anerkennung der Bedeutung der Elektrolyse in verschiedenen Industrien.

Abgedeckte Themen

1. Konzept der Elektrolyse
2. Schmelzelektrolyse
3. Wässrige Elektrolyse
4. Industrielle Anwendungen der Elektrolyse
5. Elektrolyse von Wasser und Wasserstoffproduktion

Reflexionen zum Thema

Leiten Sie die Schüler an, darüber nachzudenken, wie die Elektrolyse, ein Prozess, der elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, in verschiedenen Industrien und bei der Produktion sauberer Energie angewendet werden kann. Fragen Sie: 'Wie kann die Elektrolyse verwendet werden, um Umwelt- und Wirtschaftsprobleme in unserer Gesellschaft zu lösen?' Ermutigen Sie die Schüler, über die Bedeutung der Elektrolyse in industriellen und nachhaltigen Kontexten nachzudenken.

Mini-Herausforderung

Praktisches Experiment zur Elektrolyse von Wasser

Die Schüler führen ein praktisches Experiment zur Elektrolyse von Wasser durch, um den Prozess zu verstehen und die Gasproduktion zu beobachten. Diese praktische Aktivität hilft den Schülern, die Theorie in die Praxis umzusetzen und die grundlegenden Prinzipien der Elektrolyse zu verstehen.

Anweisungen

1. Teilen Sie die Schüler in Gruppen von 4 bis 5 auf.
2. Stellen Sie jeder Gruppe die benötigten Materialien zur Verfügung: eine 9V-Batterie, zwei Kupferdrähte, zwei Bleistifte (ohne Holzschicht), einen Behälter mit Wasser, Natron und zwei Büroklammern.
3. Weisen Sie die Schüler an, den Stromkreis wie folgt aufzubauen:
4. Schälen Sie die beiden Bleistifte, um das Graphit freizulegen.
5. Verbinden Sie die Kupferdrähte mit den Anschlüssen der Batterie.
6. Befestigen Sie eine Büroklammer am anderen Ende jedes Kupferdrahts.
7. Platzieren Sie die Bleistifte in den Behälter mit Wasser, sodass sie sich nicht berühren, und fügen Sie einen Löffel Natron zum Wasser hinzu, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen.
8. Befestigen Sie die Büroklammern an den Graphitspitzen der Bleistifte, um den Stromkreis zu schließen.
9. Legen Sie die Schüler an, die Beobachtungen zu notieren, was mit den Elektroden (Graphitbleistiften) während der Elektrolyse passiert.
10. Führen Sie eine Diskussion über die gemachten Beobachtungen und fragen Sie: 'Welche Gase wurden an den Elektroden produziert? Wie können wir diese Gase identifizieren?'

Ziel: Den Prozess der Elektrolyse von Wasser und die Produktion von Wasserstoff- und Sauerstoffgas praktisch demonstrieren und das Verständnis der theoretischen Konzepte vertiefen.

Dauer: 30 bis 35 Minuten

Bewertungsübungen

1. Erklären Sie basierend auf Ihren Beobachtungen des Experiments, wie die Elektrolyse von Wasser abläuft. Identifizieren Sie die an den Elektroden erzeugten Produkte und die beteiligten chemischen Reaktionen.
2. Lösen Sie folgendes Problem: Berechnen Sie die Menge an Wasserstoff, die bei der Elektrolyse von Wasser produziert wird, wenn 2 Mol Elektronen verwendet werden. (Hinweis: Verwenden Sie die ausgeglichene Gleichung der Elektrolyse von Wasser: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻)
3. Beschreiben Sie eine industrielle Anwendung der Elektrolyse und erklären Sie, wie dieser Prozess genutzt wird, um der Gesellschaft zu nützen.

Fazit

Dauer: 10 bis 15 Minuten

Ziel dieses Schrittes im Unterrichtsplan ist es, das erworbene Wissen der Schüler zu festigen und eine kritische Reflexion über den erlernten Inhalt und dessen praktische Anwendungen zu fördern. Durch das Zusammenfassen der wesentlichen Punkte und das Diskutieren der Schwierigkeiten und Lösungen werden die Schüler angeregt, die Konzepte zu verinnerlichen und die Relevanz der Elektrolyse in verschiedenen industriellen und ökologischen Kontexten zu erkennen.

Diskussion

️ Diskussion: Führen Sie eine abschließende Diskussion über das Thema der Stunde, indem Sie die Schüler dazu anregen, über den Prozess der Elektrolyse, die Herausforderungen, die während des Experiments aufgetreten sind, und die diskutierten industriellen Anwendungen nachzudenken. Fragen Sie: 'Was waren die größten Schwierigkeiten beim Durchführen des Experiments? Wie sehen Sie die Elektrolyse in nachhaltigen Lösungen der Zukunft?' Hören Sie sich die Antworten der Schüler an und ergänzen Sie sie mit relevanten Informationen.

Zusammenfassung

 Zusammenfassung: Fassen Sie die wichtigsten Punkte der Stunde zusammen und heben Sie das Konzept der Elektrolyse, die Unterschiede zwischen Schmelz- und wässriger Elektrolyse sowie die industriellen Anwendungen hervor, insbesondere die Elektrolyse von Wasser zur Wasserstoffproduktion. Erinnern Sie die Schüler an die Schritte des durchgeführten praktischen Experiments und die gemachten Beobachtungen.

Abschluss

 Abschluss: Erklären Sie, wie der Unterricht Theorie und Praxis verbunden hat, und zeigen Sie, wie das Wissen über Elektrolyse in realen Kontexten angewendet werden kann, wie z. B. in der Galvanikindustrie und der Produktion sauberer Brennstoffe. Betonen Sie die Bedeutung des Themas im Alltag und heben Sie hervor, wie die Elektrolyse zu umweltfreundlichen und nachhaltigen Lösungen beitragen kann.