Unterrichtsplan | Aktives Lernen | Thermochemie: Enthalpie

Annahmen: Dieser aktive Unterrichtsplan geht von einer 100-minütigen Unterrichtseinheit aus, in der die Schüler bereits das Buch und den Beginn der Projektentwicklung studiert haben und nur eine der vorgeschlagenen Aktivitäten während des Unterrichts durchgeführt wird, da jede Aktivität einen erheblichen Teil der verfügbaren Zeit in Anspruch nimmt.

Ziele

Dauer: (5 - 10 Minuten)

Dieser Abschnitt des Unterrichtsplans ist entscheidend, um eine solide theoretische Grundlage zum Thema Enthalpie zu schaffen. Durch die Definition und Erklärung der Hauptziele weist der Lehrer den Schülern den Weg, was von ihnen am Ende der Stunde erwartet wird. Dies hilft, das selbstständige Studium vor der Stunde zu fokussieren und die Diskussionen im Unterricht auf praktische Anwendungen und Klärung von Fragen zu lenken.

Hauptziele:

1. Die Schüler in die Lage versetzen, das Konzept der Enthalpie zu verstehen und deren Werte zu berechnen, wobei der Wärmeübergang bei konstantem Druck berücksichtigt wird.

2. Die wichtigsten Arten von Enthalpie (Standardenthalpie, Reaktionsenthalpie und Verbrennungsenthalpie) zu unterscheiden und deren charakteristische Wertezu identifizieren.

3. Die Fähigkeit zu entwickeln, zu bestimmen, ob eine Reaktion exotherm oder endotherm ist, indem die Konzepte der Enthalpie verwendet werden.

Nebenziele:

1. Die aktive Teilnahme der Schüler an Diskussionen und der Lösung praktischer Probleme in Gruppen zu fördern, um Teamarbeit und Kommunikationsfähigkeiten zu entwickeln.

Einführung

Dauer: (20 - 25 Minuten)

Die Einführung dient dazu, die Schüler mit dem Inhalt, den sie zuvor studiert haben, zu engagieren, indem Problemlösungen verwendet werden, die die direkte Anwendung der Konzepte der Enthalpie anregen. Darüber hinaus zielt die Kontextualisierung darauf ab, die praktische und theoretische Relevanz des Studiums der Enthalpie zu zeigen und diese mit echten Situationen und interessanten Fakten zu verknüpfen, die das Interesse und die Neugier der Schüler wecken und die Internalisierung des Wissens erleichtern.

Problemorientierte Situationen

1. Betrachten Sie die Verbrennung von 1 mol Kohlenstoff (C) in Gegenwart von Sauerstoff (O₂), um Kohlendioxid (CO₂) bei konstantem Druck zu bilden. Wenn die Standardenthalpie von CO₂ -393,5 kJ/mol beträgt und die von C 0 ist, wie groß ist die Enthalpiedifferenz für diese Reaktion?

2. Ein Schüler versuchte, Wasser aus seinen Elementen, Wasserstoff und Sauerstoff, beide Gase bei Standardbedingungen von Temperatur und Druck (STP), herzustellen. Da die Standardenthalpie von H₂O -285,8 kJ/mol beträgt und die Standardenthalpien von H₂ und O₂ 0 sind, bitten Sie um die Berechnung der Enthalpie der Reaktion.

Kontextualisierung

Die Enthalpie ist eine thermodynamische Eigenschaft, die eine entscheidende Rolle in allen chemischen Prozessen spielt, von der Verbrennung von Brennstoffen bis zur Synthese von Substanzen in Laboren. Beispielsweise kann das Verständnis der Verbrennungsenthalpie eines Brennstoffs helfen, dessen energetische Effizienz und Umweltauswirkungen vorherzusagen. Darüber hinaus ist die Standardenthalpie entscheidend, um die Energie zu berechnen, die bei der Produktion von Substanzen aus ihren Elementen beteiligt ist, was für die Entwicklung neuer Materialien und industrieller Prozesse von grundlegender Bedeutung ist.

Entwicklung

Dauer: (65 - 75 Minuten)

Der Entwicklungsteil ist so konzipiert, dass die Schüler die zuvor gelernten Enthalpie-Konzepte praktisch und interaktiv anwenden. Durch spielerische und kontextualisierte Aktivitäten können die Schüler chemische Reaktionen visuell und manipulativ erleben, was das Verständnis und die Beibehaltung des Wissens erleichtert. Diese Phase zielt auch darauf ab, die Teambildungsfähigkeiten und die Fähigkeit zur Lösung komplexer Probleme zu stärken, die für die akademische und berufliche Entwicklung der Schüler unerlässlich sind.

Aktivitätsvorschläge

Es wird empfohlen, nur eine der vorgeschlagenen Aktivitäten durchzuführen

Aktivität 1 - Küchenabenteuer: Die Enthalpie der Gerichte berechnen

> Dauer: (60 - 70 Minuten)

- Ziel: Das Konzept der Standardenthalpie im Alltag anwenden und Fähigkeiten in der Berechnung und Analyse chemischer Reaktionen entwickeln.

- Beschreibung: In dieser Aktivität verwandeln sich die Schüler in Laborchefs und müssen die Enthalpie berechnen, die bei der Zubereitung von drei Gerichten anfällt: einem Karottenkuchen, einem Omelett und einem Orangensaft. Jede Gruppe erhält ein detailliertes Rezept und die Standardenthalpien der Hauptzutaten und muss die Enthalpiedifferenz für jedes Gericht berechnen.

- Anweisungen:

• Die Klasse in Gruppen von bis zu 5 Schülern aufteilen.

• Die Rezepte und die Standardenthalpien der Zutaten verteilen.

• Jede Gruppe muss die Standardenthalpie jedes Gerichts berechnen, indem sie die Standardenthalpien der in der Rezeptur verwendeten Zutaten addiert.

• Die Berechnungen präsentieren und die beobachteten Enthalpiedifferenzen für die verschiedenen Gerichte diskutieren.

• Eine kurze Begründung für die Einstufung der Reaktionen als endotherm oder exotherm erstellen.

Aktivität 2 - Brennstoffherausforderung: Untersuchen der Verbrennungsenthalpie

> Dauer: (60 - 70 Minuten)

- Ziel: Die Verbrennungsenthalpie verschiedener Materialien verstehen und experimentell berechnen, indem die Konzepte der Kalorimetrie und Enthalpie angewendet werden.

- Beschreibung: Die Schüler, die in Gruppen organisiert sind, erhalten Proben verschiedener Brennstoffe (wie Alkohol, Benzin und Kohle) und müssen die Verbrennungsenthalpie jedes einzelnen experimentell messen. Sie verwenden ein einfaches Kalorimeter und führen die kontrollierte Verbrennung der Brennstoffe durch und messen die Temperaturänderung des umgebenden Wassers zur Berechnung der Enthalpie.

- Anweisungen:

• Den Raum in Arbeitsstationen organisieren, jede mit einem anderen Brennstoff und einem Kalorimeter.

• Die Schüler über die sichere Verwendung des Kalorimeters und den sicheren Umgang mit den Brennstoffen instruieren.

• Die Anfangsmasse des Brennstoffs, des Wassers und die Anfangstemperatur des Wassers aufzeichnen.

• Die Verbrennung des Brennstoffs durchführen und die Temperaturänderung des Wassers beobachten und aufzeichnen.

• Die Verbrennungsenthalpie unter Verwendung der Gleichung q = mcΔT und der gesammelten Daten berechnen.

Aktivität 3 - Chemie im Kino: Analyse von endothermen und exothermen Reaktionen

> Dauer: (60 - 70 Minuten)

- Ziel: Beobachtungs- und kritische Analysefähigkeiten entwickeln und das Konzept der Enthalpie in der Praxis anwenden.

- Beschreibung: Die Schüler schauen sich Videos von chemischen Reaktionen an, die zuvor vom Lehrer ausgewählt und vorbereitet wurden, und müssen anhand der beobachteten Änderungen (Wärmeabgabe oder -aufnahme) feststellen, ob die Reaktionen endotherm oder exotherm sind. Anschließend führen sie Berechnungen durch, um die Enthalpie der beobachteten Reaktionen zu bestimmen.

- Anweisungen:

• Eine Projektionsumgebung für die Videos vorbereiten.

• Beobachtungsblätter an die Schüler verteilen, um ihre Analysen festzuhalten.

• Die Videos der Reaktionen ansehen und die Beobachtungen in Gruppen diskutieren.

• Die Enthalpie der beobachteten Reaktionen berechnen, indem sie die vom Video bereitgestellten Daten verwenden.

• Die Entdeckungen präsentieren und die Klassifizierungen der Reaktionen rechtfertigen.

Feedback

Dauer: (15 - 20 Minuten)

Ziel dieses Abschnitts ist es, das Lernen zu festigen, indem es den Schülern ermöglicht wird, das Wissen, das sie durch die praktischen Aktivitäten erworben haben, zu artikulieren und zu teilen. Diese Diskussion hilft, verbleibende Verwirrungen zu klären, verstärkt die Konzepte der Enthalpie und fördert ein umfassenderes Verständnis des Themas. Darüber hinaus können die Schüler durch das Hören von Erfahrungen und Schlussfolgerungen ihrer Kollegen neue Perspektiven und Einsichten gewinnen, was ihr Lernen bereichert.

Gruppendiskussion

Nach Abschluss der Aktivitäten versammeln Sie alle Schüler zu einer Gruppendiskussion. Beginnen Sie die Diskussion mit einer kurzen Einführung über die Bedeutung des Teilens von Entdeckungen und Lernen. Fordern Sie dann jede Gruppe auf, eine Zusammenfassung dessen, was sie durchgeführt haben und welche Schlussfolgerungen sie gezogen haben, zu präsentieren. Ermutigen Sie die Schüler, die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen den Ergebnissen der verschiedenen Gruppen zu besprechen und wie diese Variationen durch die untersuchten Enthalpie-Konzepte erklärt werden können. Nutzen Sie diesen Moment, um die Schlüsselkohlenhydrate zu verstärken und mögliche Fragen zu klären.

Schlüsselfragen

1. Was waren die größten Schwierigkeiten beim Berechnen der Enthalpie in den verschiedenen Aktivitäten?

2. Wie haben Sie die Konzepte der Enthalpie verwendet, um endotherme und exotherme Reaktionen zu unterscheiden?

3. Wie haben die praktischen Aktivitäten dazu beigetragen, das theoretische Verständnis der Enthalpie zu festigen?

Fazit

Dauer: (10 - 15 Minuten)

Der Abschlussabschnitt dient dazu, das erworbene Wissen zu verstärken und zu festigen, wobei sichergestellt wird, dass die Schüler die grundlegenden Konzepte der Enthalpie und deren praktische Anwendungen verstanden haben. Darüber hinaus erhöht die Verknüpfung von Theorie und Praxis sowie die Diskussion über die Relevanz des Themas das Bewusstsein für die Nützlichkeit und Bedeutung des Themas und motiviert die Schüler, weiterhin zu forschen und dieses Wissen anzuwenden.

Zusammenfassung

Um den Unterricht abzuschließen, fassen Sie die wichtigsten Punkte zusammen, die im Unterricht behandelt wurden, wie die Definition von Enthalpie, die Arten von Enthalpie (Standardenthalpie, Reaktionsenthalpie und Verbrennungsenthalpie) und die damit verbundenen Berechnungen. Es ist entscheidend, sich an die Unterschiede zwischen exothermen und endothermen Reaktionen zu erinnern und wie sie sich in Bezug auf Enthalpie manifestieren.

Theorieverbindung

Erklären Sie, wie die praktischen Aktivitäten wie 'Küchenabenteuer' und 'Brennstoffherausforderung' geholfen haben, Theorie und Praxis zu verbinden. Zeigen Sie, wie die im Labor durchgeführten Berechnungen die theoretischen Konzepte widerspiegeln und so das Verständnis erleichtern und die Anwendung der gelernten Konzepte in realen und alltäglichen Situationen demonstrieren.

Abschluss

Abschließend betonen Sie die Bedeutung des Studiums der Enthalpie, nicht nur in der Chemie als akademische Disziplin, sondern auch in ihrer praktischen Anwendung in industriellen, umweltbezogenen und alltäglichen Prozessen. Unterstreichen Sie, wie das Verständnis der Enthalpie es ermöglicht, chemische Reaktionen vorherzusagen und zu steuern, was die Entwicklung neuer Materialien und effizienterer Methoden beeinflusst.