Unterrichtsgang

1-2

Redoxreaktionen

Lernstandsermittlung

LV 1: Cu + O ₂ und LV 2: Cu + S

E 010 LI (Concept Cartoon, Folie)

Wiederholung von Fachbegriffen

P: Platinen ätzen

Auswertung

• Teilgleichungen (Oxidation, Reduktion)
• Summengleichung (Redoxreaktion)
• Redoxpaare
• Donator-Akzeptor-Prinzip

Geätzte Platinen zeigen
E 020 LI (Arbeitsanweisung, Folie)

Was wird oxidiert? Oxidationsprodukt? Was wird reduziert (Fe ³⁺ oder Cl ^- )?

3-4

Notwendigkeit von Oxidationszahlen

LV: Schwefel und/oder Holzkohle auf KNO ₃ -Schmelze

Auswertung

• Redoxgleichung (1. Lösungsversuch)
• Ü: Oxidationszahlen bei anorganischen und organischen Verbindungen
• Ü: Redoxgleichung (KNO ₃ + S) mit Hilfe von Oxidationszahlen formulieren

Reduktionsprodukt?
Alt 1 LV: Modellversuch zur Rauchgasentstickung, DeNO _x
→  Fremdes Angebot: http://www.chemieunterricht.de/dc2/abgas/abgas03.htm (öffnet in neuem Tab)

LB oder AB: Regeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen, Übungsbeispiele

Alt 2: P + Ü: Oxidation eines primären Alkohols mit Kupfer(II)-oxid

5-6

Schwierige Redoxgleichungen

P: Kaliumpermanganat als Oxidationsmittel

Auswertung

• Redoxreaktion formulieren

→  2 Möglichkeiten:
a)  Teilgleichungen, Summengleichung
b)  Elektronenübergang bei Redoxpaaren in der Summengleichung

• Restliche Redoxgleichungen

Alt 1: Versuchsanleitung im LB: z.B. saure KMnO ₄ -Lsg. + FeSO ₄ / KI / H ₂ O ₂ / Ethandisäure
Alt 2: Redoxreaktionen in der Petrischale
E 021 AB / E 021 LI/ E 021 LI

Einzel- oder Partnerarbeit

Alt 3: P + Ü: Chlorreinigerunfall
E 030 LI (mit Folie und AB)

Ü: Aufstellen weiterer Redoxgleichungen

Übungsaufgaben LB

7

Redoxreihe der Metalle

Ermittlung der Redoxreihe

P: Ag, Cu, Fe, Zn in entsprechenden Salzlösungen

Auswertung

• Redoxreihe ableiten
• Redoxgleichungen
• LV: Cu in Zn ²⁺ (aq), Zn in Cu ²⁺ (aq)

E 040 AB

Einzelarbeit

Weshalb findet nur in einem Fall eine Reaktion statt?
Evtl. Animation:
 Fremdes Angebot: http://www.chemie-interaktiv.net/ff.htm (öffnet in neuem Tab)
(→ “Die Reaktion von Eisen in CuSO ₄ -Lösung“)

(1)

• Energetische Begründung der Redoxreihe

E 050 LI ( ( Folie): Atomisierungs-, Ionisierungs- und Hydratationsenergien von Redoxpaaren
→ Einzel- oder Partnerarbeit

8

Einordnung von H2 in die Redoxreihe

LV oder P : Zn + H ₃ O+, Cu + H ₃ O ⁺

Auswertung

• Erweiterung der Redoxreihe
• Redoxgleichung

Versuchsplanung: Experimentelle Vorgehensweise zur Einordnung von H ₂ in obige Redoxreihe

Diagnose 1

Diagnosebogen E 100 AB

9-10

Galvanische Zellen

Geschlossener Stromkreis

P: Strom durch Redoxreaktion?

Entdecken lassender Einstieg:
E 110 AB / E 110 LI

Entdeckung der galvanischen Elektrizität

Lehrervortrag / GFS / Referat / Internet-recherche:
galvanis Froschschenkelversuch

11-12

LV: Daniell-Zelle

• Elektronen- und Ionenwanderung
• Aufgaben der Elektrolytbrücke
• Zelldiagramm
• Zellreaktion
• Plus- und Minuspol
• Anode und Kathode
• Potenzialbildung in der Halbzelle
• Potenzialdifferenz

Evtl. Animation:
 Fremdes Angebot: http://www.chemie-interaktiv.net/ff.htm (öffnet in neuem Tab)
(→ „Funktion einer galvanischen Zelle“)

Mögliche Vertiefung:
P: Zeitreise ins Jahr 1836 (Historisches Daniell-Element)
E 120 AB / E 120 LI

13-14

Spannungsmessung an einfachen galvanischen Zellen

P: Petrischalenversuch

Auswertung

• Zellspannungen

Bauanleitung E 130 LI
Eigenständige Versuchsplanung mit vorgegebenen Materialien, ohne Standardwasserstoffhalbzelle E 131 AB
Arbeitsgruppen stellen Ergebnisse und Erkenntnisse vor.

LV: Volta`sche Säule

Auswertung

• Reaktionen am Plus- und Minuspol
• Zweck der Reihenschaltung

Alt 1: GFS E 140 AB
Alt 2: Internetrecherche über die Persönlichkeiten Galvani und Volta
E 150 AB / E 150 LI
Alt 3: „Strom im Mund“
Experimentelle Hausaufgabe
E 160 AB
oder Ü + P mit gestuften Hilfen
E 161 AB / E 161 LI/ E 161 LI

15-16

Redoxpotenziale

Standardwasserstoffhalbzelle
LV: Messung von Standardpotenzialen

Auswertung

• Inertelektroden
• Spannungsreihe

Ü: Berechnung von Zellspannungen beliebiger galvanischer Zellen (bei Standardbedingungen)

Zn/Zn ²⁺ , Cu/Cu ²⁺ , Ag/Ag ⁺ , Fe ²⁺ /Fe ³⁺ , 2I ^- /I ₂
Alt: P Spannungsmessung (Petrischalenversuche)
E 163 AB Versuchsskizze einer Messanordnung, mit Standard-wasserstoffhalbzelle E 163 LI
Alt:  Virtuelle Experimente:
Einordnung weiterer Redoxpaare in die Spannungsreihe → /u> < Fremdes Angebot: http://www.chemie-interaktiv.net/html_flash/redox.swf (öffnet in neuem Tab)

17-18

Vorhersage pH-unabhängiger Redoxreaktionen

LV: Cl-, Br-, I- + Chlor- oder Bromwasser (oder Iodwasser) als Bestätigungsversuche

oder P: Cl-, Br-, I- + Chlor

Ü: Richtung von Redoxreaktionen

E 170 LI „Redoxreihe der Halogene“
Standardpotenzial-Tabelle

Alt: P: E 171 LI (mit AB)

Was reagiert womit? Bsp.: Fe + Cu ²⁺ oder Fe ²⁺ + H ₂ oder Cu ²⁺ + Ag ⁺ ?
Übungsaufgaben LB oder AB

19

Abhängigkeit der Redoxpotenziale von der Ionen-Konzentration in der Halbzelle

• Vorstellen des experimentellen Vorhabens
• Hypothesenbildung
• Experimentelle Überprüfung

Qualitativ:
LV: H ₂ (Pt)/2 H+//Ag ⁺ /Ag
Gleichgewichtsverschiebung bei Veränderung der Elektrolytkonzentration (Lösungsdruck und Abscheidungs-bestreben)

Verdünnungsreihe:
c (Ag ⁺ ) = 1 / 0,1 / 0,01 / 0,001 mol∙L ^-1
Anwendung des Prinzips von Le Chatelier

(1)

Quantitativ:
Ermittlung des Proportionalitätsfaktors 0,059 V

• Als weitere Versuchsauswertung
• Fakultativ, falls nernstsche Gleichung behandelt werden soll

20-22

P : Konzentrationszelle in Petrischale

E 180 AB / < E 180 LI/ < E 180 LI
Alt: LV Ag/Ag ⁺ -Konzentrationszelle

Verhalten von Metallen gegenüber Wasser und verdünnter Salzsäure

LV o. P: Metalle + Wasser /
Metalle + Salzsäure

Metalle: Al, Ca, Cu, Fe, Li, Zn
E (H ₂ +2 OH ^- /2 H ₂ O)pH = 7 = - 0,41 V

P „Wer identifiziert die Metalle?“
Alt 1: E 190 AB / E 190 LI
Alt 2: E 192 AB / E 192 LI

(2)

nernst -Gleichung und Anwendungen z.B. pH-abhängige Redoxreaktionen

Fakultativ

Diagnose 2

Diagnosebogen E 200 AB

23-24

Elektrolyse

Elektrolyse – Galvanische Zellreaktion

LV: Zink(II)-iodid-Synthese

P: Elektrolyse von Zink(II)-iodid-Lösung

Auswertung

• Elektrolyse als erzwungene Redoxreaktion
• Galvanische Zellreaktion ist durch Elektrolyse umkehrbar

E 210 LI

E 220 AB oder E 240 AB
< E 230 LI (LowCost-Leitfähigkeitsprüfer, Bauanleitung)

25-26

Zersetzungs- und Überspannung

LV: Stromstärke-Spannungskurve der Elektrolyse von Salzsäure

Auswertung
Interpretation der I-U -Kurve

• Zersetzungsspannung
• Überspannung

Messwerterfassung
Alt: P: E 250 AB
E 250 LI (gestufte Hilfen)

Mögliche Produkte bei der Elektrolyse von Zink(II)-iodid-Lösung und von Salzsäure?

(2)

LV: Stromstärke-Spannungskurven weiterer Elektrolysen

Fakultativ:
z.B. HNO ₃ , NaOH, NaCl, CuSO ₄

Ergänzend LV : „Überspannungen sichtbar machen“ E 260 LI

(2)

P: Galvanisieren (Verkupfern)
oder
LV: Kupferraffination

Fakultativ:
Alt: Animation:
 Fremdes Angebot: http://www.chemie-interaktiv.net/ff.htm (öffnet in neuem Tab)
(→ „Galvanisieren“)

27-28

Elektrochemische Stromquellen

Problemstellung

P: „ MacGyver-Batterie“

Offener Einstieg → Arbeitsauftrag: „Mit gegebenen Materialien und gestuften Hilfen eine Stromquelle bauen“ E 270 LI (mit Arbeitsauftrag)

29-30

Batterien und Akkus

LV: Zink-Luft-Batterie

Ü: Zink-Silberoxid-Knopfzelle,
Lithiumionen- und NiMH-Akku

Verschiedene Batterien (auch Knopfzellen) und Akkus zeigen
Alt: P: E 280 AB (Lithium-Zelle)

31-32

LV: Bleiakkumulator

Herstellung im Modellversuch, Lade- und Entladevorgang, Sekundärzelle

Achtung: Sicherheitsvorschriften beachten!

33-34

Brennstoffzellen

P „LowCost-Brennstoffzelle mit Scherblättern von Rasierapparaten“

LV: Brennstoffzelle:

• Historische Entwicklung
• PEMFC

E 290 AB / E 290 LI/ E 290 LI
E 292 LI (Video 10 s, Scherblatt-FC)

E 293 LI

• Entdeckung der Knallgaszelle nach Elektrolyse von Kalilauge mit Graphitelektroden
• Einsatz von Katalysator dotierten Graphitelektroden
• Brennstoffzellen-Stack
• DMFC (Direkt-Methanol-Brennstoff-zelle)

Diagnose 3

Diagnosebogen E 300 AB

…

Spiel Anagramme
E 999 LI / E 999 Präsentation