CO2MUCH - Die Quellen von CO2
Überblick
Überblick
Schlüsselwörter: Kohlenstoffdioxid, Verbrennung, chemisches Gleichgewicht
Disziplinen: Physik, Chemie, Naturwissenschaften und Technik
Altersstufe: 13-15
Zeitrahmen: 3-5 Unterrichtsstunden
Einführung
Zunächst erläutert die Lehrkraft aus welchen Stoffen die fossilen Brennstoffe wie Kohle, Holz oder Benzin bestehen. Mithilfe von Molekülmodellen (virtuell oder analog) lernen sie diese dann auf Teilchenebene kennen. Die Schüler*innen werden gebeten, die chemische Formel herauszufinden. Dazu können sie eine digitale Übung machen.
Die Lehrkraft leitet die Schüler*innen auch an, sich Gedanken über die Nebenprodukte zu machen, die bei der Verbrennung entstehen können. Die Schüler*innen können in Gruppen diskutieren, welche Nebenprodukte bei der Verbrennung von Kohle, Holz und Benzin entstehen. Sie formulieren dazu eine Vermutung und präsentieren diese vor der Klasse.
Die Schüler*innen nutzen die H5P-Präsentation zur Kohlenstoff-Zivilisation, um Fragen zur Verbrennung von Kohlenstoff-Verbindungen zu beantworten und ihre Hypothese zu überprüfen. Diese Präsentation gibt einen kurzen historischen Überblick über die Nutzung fossiler Brennstoffe im Laufe der Menschheitsgeschichte und über die Rolle von Kohlenstoff und Verbrennungen für den Treibhauseffekt.
Die Schüler*innen stellen einen Zusammenhang zwischen menschlichen Aktivitäten, der Verbrennung fossiler Brennstoffe, Kohlenstoffdioxid und dem Klimawandel her.
Nachweisreaktionen
Um einen Stoff zu erkennen, verwenden Chemiker*innen Nachweisreaktionen.
Je nach Niveau der Schüler*innen bittet die Lehrkraft die Gruppen, ein Versuchsprotokoll vorzuschlagen, um die Produktion von Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe zu nachzuweisen, oder sie gibt ihnen ein Protokoll vor. Im ersten Fall kann jede Gruppe das Protokoll vorstellen, um es von der Klasse und der Lehrkraft überprüfen zu lassen. Sie können die Liste zur Identifizierung der Versuche verwenden.
Wassernachweis
Um das Vorhandensein von Wasser (H2O) festzustellen, wird der Test mit wasserfreiem Kupfersulfat durchgeführt.
Wasserfreies Kupfersulfat ist weißlich. Es färbt sich blau, wenn es mit Wasser in Berührung kommt.
Protokoll: Einige Tropfen der zu prüfenden Flüssigkeit auf wasserfreies Kupfersulfat geben.
Ergebnis: Färbt sich das Kupfersulfat blau, enthält die Flüssigkeit Wasser.
Sauerstoffnachweis: Die Glimmspanprobe
Um Sauerstoff (O2) zu nachzuweisen, machen wir eine Glimmspanprobe. Ist das zu untersuchende Gas Sauerstoff, wird sich der glimmende Holzspan neu entzünden.
Protokoll: Halte einen noch glimmenden Holzspan in das zu untersuchende Gas.
Ergebnis: Entzündet sich der Holzspan, handelt es sich bei dem Gas um Sauerstoff.
Hinweis: Immer eine Vergleichslösung vorhalten, so dass man auch eine schwache Trübung erkennen kann.
Kohlenstoffdioxidnachweis: Die Kalkwasserprobe
Zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid (CO2) verwenden wir die Kalkwasserprobe.
Kohlenstoffdioxid reagiert mit Kalkwasser: Es entstehen weißliche Ablagerungen und das Kalkwasser wird trübe.
Protokoll: Das Kalkwasser wird mit dem zu prüfenden Gas in Kontakt gebracht.
Ergebnis: Wenn das Kalkwasser trübe wird, handelt es sich um Kohlenstoffdioxid.
Verbrennung von Kohlenstoff
Die Schüler*innen führen ein Experiment durch, um die Entstehung von Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen zu demonstrieren. Sie untersuchen die Verbrennung von Kohlenstoff. Bei diesem Versuch wird ein Holzkohlestab verbrannt und das bei der Verbrennung entstehende Gas mit Hilfe von Kalkwasser als Kohlenstoffdioxid nachgewiesen.
Das folgende Video der Autor*innen ist in Englisch. Es ist leicht verständlich und dient der Illustration der Versuchsdurchführung
Wir wollen die Verbrennung von Kohlenstoff in reinerm Sauerstoffatmosphäre durchführen, um zu überprüfen, ob dabei Kohlenstoffdioxid, das Hauptgas des Treibhauseffekts, entsteht.
Sicherheitshinweise: Beachte bei der Durchführung der Experimente die Sicherheitsregeln. Erkundige dich dazu bei deiner Lehrkraft.
Materialien
- Ein Stück Holzkohle
- Fläschchen
- Sauerstoff
- Bunsenbrenner
- Spritze
- Reagenzglas
- Kalkwasser
Protokoll 1: Verbrennung von Kohlenstoff (Schema: Schritt 1 und 2)
- Fülle in das Fläschchen reinen Sauerstoff und verschließe es luftdicht.
- Befestige ein Stück Kohle an der Krokodilklemme und dem Korken.
- Erhitze die Kohle, bis sie anfängt zu glühen.
- Schraube den Deckel der Sauerstoffflasche ab und führe die Kohle in die Flasche ein (siehe Schema Schritt 2).
- Hebe den Korken nicht an.
- Notiere deine Beobachtungen.
Protokoll 2: Gasidentifizierung (Schema: Schritt 3 und 4)
- Gieße Kalkwasser zwei Finger hoch in zwei Reagenzgläser.
- Benutze die Spritze, um das im Kolben gebildete Gas abzusaugen (Schema Schritt 3).
- Injiziere das Gas in das Kalkwasser in einem Reagenzglas (Schema Schritt 4).
- Vergleiche die Trübung von beiden Reagenzgläsern.
Fragen/Aufgaben
- Was sind die beiden Edukte der Verbrennungsreaktion?
- Was ist das Produkt der Verbrennungsreaktion?
- Formuliere die Wortgleichung und die Reaktionsgleichung.
Verbrennung von Kohlenstoff auf Teilchenebene
Im Unterrichtsgespräch wird gemeinsam die Verbrennung auf Teilchenebene betrachtet und mit Hilfe von Molekülmodellen verdeutlicht. Die Schüler*innen notieren anschließend das Reaktionsschema und die Reaktionsgleichung für die Verbrennung.
Reaktionsschema: Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid
Reaktionsgleichung: C + O2 → CO2
Übung: Verbrennung von Kohlenstoff
Die Schüler*innen können ihr Wissen über die Verbrennung von Kohlenstoff und Methan mit Hilfe eines interaktiven Videos überprüfen.
Verbrennung von Methan
Je nach Material können die Schüler*innen oder die Lehrkraft die Verbrennung von Methan experimentell untersuchen. Sie können aber auch ein Video eines Experiments analysieren und einige Fragen mithilfe eines interaktiven Videos beantworten.
Das folgende Video ist Englisch untertitelt. Über die Einstellungen unten rechts können die Untertitel in Deutsch automatisch übersetzt angezeigt werden.
Wir wollen die Verbrennung von Methan in der Luft durchführen, um zu überprüfen, ob dabei das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid entsteht.
Sicherheitshinweise: Beachte bei der Durchführung der Experimente die Sicherheitsregeln. Erkundige dich dazu bei deiner Lehrkraft.
Materialien und Chemilakeien
- Ein Bunsenbrenner für Methan
- 4 Erlenmeyerkolben
- Wasserfreies Kupfersulfat
- Ein Fläschchen mit Kalkwasser
Protokoll 1a: Verbrennung von Methan (Schema: Schritt 1)
- Stelle den Erlenmeyerkolben über die Flamme des Bunsenbrenners.
Protokoll 1b: Identifizierung des Nebels (Schema: Schritt 2)
- Gib etwas wasserfreies Kupfersulfat in den Erlenmeyerkolben auf den Nebel und in einen zweiten Erlenmeyerkolben.
Protokoll 2a: Verbrennung von Methan (Schema: Wiederholung von Schritt 1)
- Stelle den dritten Erlenmeyerkolben über die Flamme des Bunsenbrenners.
Protokoll 2b: Nebelidentifizierung (Schema: Schritt 3)
- Gieße etwas Kalkwasser in den dritten und vierten Erlenmeyerkolben.
- Schüttle die Kolben und notiere deine Beobachtung.
Aufgabe
Beschreibe in jedem Protokoll, was du beobachtest, und ziehe entsprechende Schlussfolgerungen.
Modellierung der Verbrennung von Methan
Die Lehrkraft modelliert eine weitere Umwandlung: die Verbrennung von Methan.
Wortschema: Methan + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser
Reaktionsgleichung: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Die Schüler*innen können ihr Verständnis der Verbrennung von Methan mit Hilfe eines interaktiven Videos über Verbrennung überprüfen.
Schlussfolgerung
Die Schüler*innen können bestätigen, dass bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen Kohlenstoffdioxid entsteht, da diese Brennstoffe Kohlenstoffatome enthalten.
Die Schüler*innen können eine Mindmap mit dem Wissen erstellen, das sie während dieser verschiedenen Aktivitäten erworben haben.
Wahlweise können Experimente mit Holz oder Benzin durchgeführt werden, um die Produktion von Kohlenstoffdioxid zu demonstrieren. Das Protokoll ist das gleiche wie bei der Verbrennung von Methan.
Sicherheitshinweis: Beim Nachweis mit Benzin kann es zu einer Stichflamme kommen. Bitte Vorsicht!
Die Schüler*innen üben das Schreiben von Reaktionsgleichungen mit Phet Interactive Simulations.
Hierbei handelt es sich um eine englischsprachige Ressource, die zugleich das Fach Englisch mit dem Chemieunterricht verbinden könnte.
Autor*innen von CO2MUCH - Denke global, handle lokal: Elena Poncela Blanco (ES), Philippe Mancini (FR)
Links zum Weiterleiten an Ihre Schüler*innen
Simulationen von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0; https://phet.colorado.edu
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