Unterrichtsgang

Std

Unterrichtsverlauf

Hinweise

1/2

Einführung

P: Welche Batterie liefert die höchste Spannung?
Die Obstbatterie (Egg Race)

• Einstieg in das Thema
• Bereitstellung/Wiedererwerb grundlegender Begriffe und experimenteller Fertigkeiten (Elektrische Spannung, Stromkreis, Minuspol, Pluspol, Elektronen und Ionen als bewegliche Ladungsträger,  Messung von Spannungen)
• Variable Möglichkeiten der Versuchsanordnung
• Erste Erkenntnisse zur Funktionsweise (Kombination verschiedener Metalle, Elektrolyt); Hypothesen zur Funktion der Metalle

e 010 AB
Egg Race „Welche Batterie liefert die höchste Spannung?“

e 011 LI
„Obstbatterie“

3/4

Redoxreaktionen - Reaktionen mit Elektronenübertragung

P: Redoxreaktionen zwischen Metallen und Metall-Kationen

• Erarbeitung von Reaktionsgleichungen für einfache Redoxreaktionen
• Andeutung der Redoxreihe der Metalle
• Ggf. Hypothesen zu den Vorgängen am Minuspol der Obstbatterie, Problematisierung des Pluspols

Auswertung im Plenum / Systematisierung

P: Platinen ätzen
Anwendung der erworbenen Kenntnisse, Technikbezug

e 020 LI
e 021 AB
zur Versuchsreihe
Zn, Fe, Cu, Ag
Zn ²⁺ , Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ag ⁺

Alt. LB einfache Versuchsvorschrift; Textarbeit zu korrespondierenden Redoxpaaren

e 025 AB
Platinen ätzen
Erweiterung des Konzepts auf das Redoxpaar Fe ²⁺ /Fe ³⁺

5/6

Strom aus Redoxreaktionen

P: V1 Bau und Untersuchung einer galvanischen Zelle (Daniell-Element)

• z.T. durch SuS eigenständig aufgrund bereit gestellter Geräte und Chemikalien geplant
• Messung der Zellspannung
• Erklärung des Zustandekommens einer Zellspannung

Alt: Lehrerdemonstrationsversuch

Unterrichtsgespräch: Klärung der Vorgänge in einer galvanischen Zelle bei Stromfluss

P: V2 Die Zellspannung galvanischer Zellen

• Kombination verschiedener Halbzellen Zn/Zn2+; Fe/Fe ²⁺ ; Cu/Cu ²⁺ ; Ag/Ag ⁺

(alle 6 Möglichkeiten); Eisen- und Silber-Halbzellen sind in Bechergläsern bereitgestellt; Kupfer-und Zink-Halbzellen sowie Leitungsmaterial und Multimessgerät sind noch aus V1 an den Schülerplätzen

Vorbereitung der elektrochemischen Spannungsreihe (Potenziale können tabelliert werden, wenn eine Halbzelle als Bezugshalbzelle definiert wird)

e 030 LI
Bau eines Daniell-Elements

Vermittlung des Grundprinzips der räumlichen Trennung von Oxidation und Reduktion bei einer Redoxreaktion in einer galvanischen Zelle

Computersimulation
zu galvanischen Zellen in
Chemie 2000+ online
www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/chemie2000plus/
BaWü(SekII)2-st. S.126: Galvanische Zellen; Multimediabaustein Funktion einer galvanischen Zelle

e 035 AB Die Zellspannung
galvanischer Zellen

• alle Kombinationen
• grafische Dokumentation erlaubt Vorhersage weiterer Zellspannungen und deren experimentelle Überprüfung; Umpolung der Cu-Elektrode bei Kombination mit der Ag/Ag ⁺ -Halbzelle wird von SuS erkannt

7/8

Kleine Diagnose
Vorgänge bei Stromfluss im Daniell-Element

Das Redoxpaar H ₂ /H ⁺

LV Die Standardwasserstoffhalbzelle
Aufbau der Standardwasserstoffhalbzelle;
Redoxpaar H2/H+ als Bezugselektrode

Messen von Zellspannungen gegen die
Standardwasserstoffhalbzelle;
Begriffe Standardelektrodenpotenzial;
elektrochemische Spannungsreihe

Ü Berechnen von Zellspannungen bei Standardbedingungen mit Hilfe der elektrochemischen Spannungsreihe

Ü Vorhersage spontaner Redoxreaktionen mit Hilfe der elektrochemischen Spannungsreihe; Bestimmung von Plus- und Minuspol in einem galvanischen Element

e 040 AB Kleine Diagnose

e 045 AB Tabelle der Standardelektrodenpotenziale

Bezug zu Problemen aus vorangegangenen Stunden

9/10

Strom aus Redoxreaktionen – ein historischer Rückblick

Batterie von Bagdad
Galvanis Froschschenkelversuche

• Arbeitsteilige Textarbeit, Erstellen von Plakaten, Präsentation

Versuch:  „Hautkontaktbatterie“ zur Widerlegung der Hypothesen Galvanis

P Volta’sche Säule

• Bau einer Voltasäule, Messen der Zellspannung und der Spannung mehrerer in Reihe geschalteter Zellen
• Erarbeitung der Elektrodenreaktionen (Textarbeit, Ü Arbeit mit der Tabelle der Redoxpotenziale)

e 050 LI „Elektrochemische Stromquellen – ein historischer Rückblick“

e 051 LI „Hautkontaktbatterie“

Die Elektrodenreaktionen der Volta-Säule können auch mit Hilfe des im Arbeitsblatt oben genannten Textes von den SuS erarbeitet werden.

11/12

Strom aus Redoxreaktionen – heute

P Die Taschenlampenbatterie – ein Dauerbrenner:
Das Leclanché-Element
LB Funktion des Leclanché -Elements
LV Modellversuch zur Lithiumbatterie

Mobil durch wieder aufladbare Akkumulatoren
Bleiakkumulator
LV zum Funktionsprinzip des Bleiakkumulators
LB Textarbeit
Ergebnissicherung im Unterrichtsgespräch

e 060 LI
Batterien und Akkumulatoren

13/14

Strom aus Redoxreaktionen – morgen

LV Elektrolyse von Wasser
Erarbeitung der Elektrodenreaktionen
Prinzip der Elektrolyse

Brennstoffzelle

P Low Cost – Brennstoffzelle
„Beladung“ durch Elektrolyse von Wasser
Messen der Zellspannung

LV Funktionsweise einer PEM-Brennstoffzelle
Brennstoffzellen-Stack
Betreiben eines Motors

e 070 LI Brennstoffzellen

e 071 AB Low Cost-Brennstoffzelle

Vermittlung des Grundprinzips einer Brennstoffzelle mit kontinuierlicher Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff

15/16

Abgasfrei in die Zukunft
Die Welt von morgen – eine Wasserstoffwelt?

Verknüpfung Windenergie/Photovoltaik – Wasserelektrolyse – Brennstoffzelle

Modellexperiment: Von der Fotovoltaik zum Brennstoffzellen betriebenen Elektromotor

Textarbeit: Wasserstoff als Energiespeicher – kontrovers betrachtet

Gesellschaftlicher Bezug

Bausatz oder Funktionsmodell

e 080 AB Wasserstoff als Energiespeicher

Selbstdiagnose

e 100 AB Selbstdiagnose